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Reactores Homogéneos

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by

Julián Rodríguez

on 30 April 2014

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Transcript of Reactores Homogéneos

Es el tiempo necesario para procesar un volumen igual al reactor basado en las condiciones de entrada (
también es el tiempo que tarda una partícula en atravesar todo el reactor
)
Reactores Homogéneos
Tiempo de residencia

T = V/Q0 = volumen reactor/ flujo volumétrico
Vol/vol/tiempo = tiempo
Velocidad Espacial(SV)
SV = Q0/V = 1/T = SV
Ejercicio: Pág. 64 Scott Fogler 2.88
La figura P2-8a tiene como y = CAo/-rA vs x = XA para una reacción múltiple no isotérmica, no elemental en fase líquida de descomposición del reactante A.
A) Considere los 2 sistemas mostrados en la figura P2-8b en la cual un CSTR y un PFR están conectados en serie. La conversión intermedia es 0.3 y la conversión final es 0.7. ¿Cómo deben de estar acomodados los reactores para obtener el volumen total mínimo? Explicar.
B) Si la velocidad de flujo volumétrico es 50 L/min, ¿cual será el volumen mínimo del reactor? Respuesta V=750 dm3
C) Existe una forma mejor ( o sea, volumen total mínimo alcanzando una conversión de 70%) distinta de cualquiera de los sistemas aquí propuestos? Respuesta 512 L
D) ¿Con qué conversión(es) el volumen de reactor requerido sería idéntico para un CSTR o un PFR tubular? (Respuesta: X=0.45 y X = ?)
E) Utilizando la información de la figura P2-8 junto con la ecuación de diseño de CSTR, grafique T vs X. Si el volumen de reactor es de 700 L y la velocidad de flujo volumétrico es de 50 L/min, ¿Qué posibles conversiones de salida (es decir, múltiples estados estacionarios) tiene el reactor?
PFR-CSTR
FA0=(CA0)(Q0) FA=(CA)(Q)
VPFR= Q0 Ca0 dx/-rA=50L/mol[𝚫x/3(fo+4f1+f2)]
𝚫x=(X3-X0)/2=(0.3-0)/2=0.15
VPFR= 50L/mol[(0.15/3) (10+4(30)+50)
X0=0 X=0.15 X=0.3
VPFR= 450 L
VCSTR= FA0(X2-X1)/-rA=Q0CA0(X2-X1)/-rA VCSTR= 50L/min (15 min )(0.7-0.3)
VCSTR= 300L VT mínim0= VPFR+ VCSTR=750 L
CSTR-PFR
VCSTR=QoCAo (X)/-rA=50 L/min (50min)(03)=750L
VPFR = Qo CAo dx/-rA = 50L/min [(0.2/3)(50+4(30+1)] min V PFR = 616.66 L
VT = 1,366.66 L
C) Existe un medio mejor para obtener el 70% de conversión con un volumen de reactor menor, proponga una solución.

VCSTR = Qo CAo/-rA X=50 L/min (15min)(0.7) =525 L (Mejor)
VPFR=Qo CAo dx/-rA=50L/min[0.35/3(10+4(33)+2(46)+15)min

𝚫X=(0.7 - 0)/2=0.35 VPFR=50L/min (42.11min)=2,105.83L (Peor)
D) 0.8 es la conversión requerida para obtener el mismo volumen en ambos reactores X = 0.8
A) VCSTR = FA0(X1-Xo)/-rA = CA0*Qo(X1-X0)/-rA
= (35 min)(50L/min)(0.8-0) X=0.8 Resultado = 1,400L
Q0*[h/3(f0+4f1+f2)] h2=(X2-X0)/2 utilizando 3 puntos
VPFR=50 L/min[(0.4/3)(10+4(41)+35)] h2=(0.8-0)/2= 0.4
Resultado=1393.333L
E) ¿Con qué conversión(es) el volumen del reactor requerido sería idéntico para un CSTR o PFR tubular?
VPFR= Q0[h/4(f0+4f1+2f2+4f3+f4)]
X=0.05 X=0.15 X=0.25 X=0,35 X=0.45
H=(X2-X1)/4= (0.45-0.05/4=0.1
VPFR=50L/,min(0.1/3)[12+4(30)+2(50)+4(46)+34]
VPFR= 750 L
Las conversiones a utilizar fueron X2= 0.45 y X1=0.005 con un reactor PFR
Pag 62 Scott Fogler P2-1A: p-2-2A(o); P2-3A, P2-4A
la reacción en fase gaseosa A- > B se desarrolla de acuerdo a una ecuación de primer orden con k=0.1 min-1. La alimentación de A se hace en una corriente gaseosa de 2m3/min con una fracción molar de 20% a 30% y 1 atm de presión, Encuentre:
A) ¿Cuál es la concentración inicial? (mol/L)
B) ¿ Cuál es el flujo molar de alimentación de A? (mol/min)
C) ¿Cuál es la velocidad de reacción de A en función de la conversión? (mol/L-min)
D) ¿Cuál es el volumen de un reactor CSTR para lograr una conversión del 40%?
E) ¿Cuál es el volumen de un reactor PFR para lograr una conversión 40%?
F) ¿Cuál es la conversión que se alcanza en el reactor conectado en serie?
1) PFR-CSTR?X2?
2)CSTR-PFR? X2?
A) Ca0=PA0/RT
Ca0=PTYA/RT=(1 Atm)(0.2)(30+273.15)°K(0.08204 atm-L/mol°K)
Ca0= 0.00804 mol/L
B) FA0= Ca0Q= (0.00804mol/L)(2m3/min)(1000L/m3)
FA0= 16.08 mol/min
C) -rA=KCA=KCA0(1-X)=(0.1 min-1)(0.00804mol/L)(1-X)
-rA = 0.000804(1-X)mol/min*L
D) VCSTR= FA0X/-rA= (16.08mol/min)(0,4)/0.000804(1-.4)mol/min L


VCSTR= 13333.3 L
VPFR=(20000L)Ln(1/10.4)=
10,210L
F) PFR-CSTR
V1= 10,210L
V2=13,330 L
V= Fa0(X2-X1)/-rA
13,333.3L = 16.08 mol/min (X2-0.4)/0.000804 mol/min-L (1-X2)
10.7199 mol/min - 10.7199 mol mol/min X2=16.08 mol/min X2 - 6.432 mol/min
10.7199 min/mol + 6.432 mol/min = (16.08 mol/min + 10.7199 mol/min) X2
17.1519 mol/min = 26.7999 X2 mol/min
X2 = (17.1529 mol/min) / (26.7999 mol/min)
X2 = 0.6399
-L (1-X2)
10,210L (0.000804 mol/min-L)/16.08mol/min
1.666 - 1.666X2 = 0.6
X2 = 0.6 - (1.666/-1.666)
X2 = 0.6399
P2-1A.-

Sin remitirse al texto, haga una lista de las cosas mas importantes que aprendió en este capitulo. Según usted ¿Cuál fue el propósito general del capitulo?


A) La identificación de conversión
B) Ecuaciones de diseño, para reactores CSTR y PFR
C) Reactores en serie
D) Tamaños para cada tipo de reactor.


El propósito general del capitulo es definir y entender el termino de conversión y hacer uso de las ecuaciones de diseño para obtener el tamaño para cada tipo de reactor.

P2-2ª ¿Qué haría si:

Necesitara estimar el volumen del reactor necesario para alcanzar una conversión del 98% usando los datos de la tabla 2.1?

Graficar los datos de la tabla y obtener una línea de tendencia, en este caso ajustándose mejor una polinomial de tercer orden, obtener la ecuación del gráfico y así estimar un valor en la ordenada para una conversión del 98%, quedando de la siguiente manera:
La ecuación queda:

Y = 2771.9(X)^3-1706.6(X)^2+391.26(X)+179.04

Por lo tanto para una conversión de 98% Y = (1/-rA) = 1532.92 permitiendo así continuar las operaciones para encontrar el volumen aproximado en un reactor ya sea del tipo CSTR o PFR.

Le pidieran utilizar los datos de la tabla 2.1 para calcular el volumen de un reactor CSTR a una temperatura 100 ˚C más alta que la temperatura a la que se obtuvieron los datos?

Si sabemos que –rA es función de X podemos dimensionar cualquier sistema de flujo molar de A inicial, tomando en cuenta la nueva temperatura.
P2-3ª Repita el ejemplo 2-7 para los casos en los que las conversiones intermedias son a) 30% y b) 70%. La velocidad de flujo molar es de 52 mol/min.
0.3
VPFR = FAo ∫ dx/-rA V = 0.87 mol/s [﴾⅜﴿(h)(ƒ (xo) + 3 ƒ(x1) + 3ƒ(x2) +ƒ(x3))]
0
VPFR = 0.87 mol/s [(3/8)(0.1)(189+(3)(192)+(3)(200)+(222))] dm³·s/mol

VPFR = 51.87 dm³

V1 = 51.87 dm³

VCSTR = FAo X2-X1 / -rA

VCSTR = 0.87 mol/ s (0.7-0.3) (556)

VCSTR = 193.49 dm³

VT = V1 + V2 = 51.87 + 193.49 dm³

VT = 245.27 dm³
VCSTR = 0.87mol/s (0.3–0)(222dm³/s-mol)

VCSTR = 57.94dm³

0.7
VPFR = FAo ∫ dx/-rA = FAo[(3/8(h)(ƒ(x0)+3ƒ(x1)+3ƒ(x2) + ƒ(x3))]
0.3

VPFR = 0.87mol/s [(3/8(0.13)((222+3(265.9)+3(361.2)+(556)]

VPFR = 129.64

VT = 187.58dm³
P2-4ª El espacio tiempo necesario para alcanzar una conversión de 80% en un CSTR es de 5 horas. Determine (si es posible) el volumen de un reactor requerido para procesar 2 ft³/min, ¿Que espacio de velocidad tiene este sistema?
DATOS:

X = 80%

Q = 3398.02L/h V= (3398.02L/h (5h)(0.8) = 13592L

2.5Tiempo de residencia o tiempo espacial
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