TALLER DISEO DE REACTORES

PRESENTADO POR: ALVAREZ BAJAIRE GEMALYZAPATA YONOFF EUCLIDES

PRESENTADO A: MARIA T. ACEVEDO

PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICAUNIVERSIDAD DE CARTAGENACARTAGENA DE INDIAS. 2014

1. Sea el proceso A+2B C + 2D, heterogneo, irreversible, en fase gas, que se desea realizar en un reactor de flujo pistn con una conversin de 0.5. el caudal de entrada es de 1 L/s y la relacin de inertes: A: reactivo B es 3:1:1. La concentracin CA0=CB0=0.04mol/L. Velocidad de reaccin: -rA = kCA k = 0.5 s-1

DATOS

o =10 KPa/m

To = 400K

c = 1800 kg/m3

Ac = 0.0013 m2

= 0.4

R// a. Indquese el peso del catalizador necesario

En un reactor PBR la forma diferencial de la ecuacin de balance molar en trminos del peso del catalizador es:

La ley de velocidad es:

Donde la concentracin de la especie reaccionante A se escribe como:

Por tanto, la ecuacin anterior se escribe como:

Se reemplaza (3) en (2)

La expresin anterior se reemplaza en (1)

Donde se obtiene:

La Rxn es isotrmica y

Como la Rxn es isotrmica y , se puede utilizar la siguiente ecuacin para el cociente de presin:

Se reemplaza (5) en (4)

Donde

Se necesita conocer el valor de

El clculo de la presin en gases se describe mediante la ecuacin:

Por tanto;

Se reemplazan los valores en la ecuacin (7) y se calcula

Se integra la ecuacin (6)

Se resuelve la integral con la informacin disponible en el apndice A de elementos de ingeniera qumica. Fogler 4ta edicin.

Reemplazando los valores en la ecuacin anterior se obtiene: Kg

b. Calcule la cada de presin y analice el resultado, explique de que manera el tamao de la partcula de catalizador afecta la conversin.

Relacin del dimetro de partcula con la conversin

Como se puede observar en la ecuacin anterior el dimetro de partcula tiene una relacin inversamente proporcional a

En la ecuacin anterior el alfa tiene una relacin directamente proporcional a Lo que significa que el dimetro de partcula es inversamente proporcional a alfa.

En la expresin anterior la relacin de alfa es inversamente proporcional con la conversin (X), por ende al ser el dimetro de partcula inversamente proporcional a alfa su relacin con respecto a la conversin es directamente proporcional. En conclusin, a mayor dimetro de partcula mayor ser la conversin. c. Calcule los valores de las concentraciones de los inertes, reactivo A y reactivo B

2. La reaccin en fase liquida es llevada a cabo en un reactor semibatch. La reaccin comienza con 100 moles de A en el reactor. El volumen inicial del reactor es 70 litros. El flujo volumtrico de B es de 2 l/min a una concentracin de 10 moles/l. Cunto tiempo toma lugar la reaccin para alcanzar una conversin de 60 % de A? Cul es la concentracin de B, de A y de C cuando ha transcurrido este tiempo?Asuma que la ley de velocidad de reaccin es de orden cero con respecto a A y a B. La constante de velocidad de reaccin es 0.25 mol/l.min

La ley de velocidad es

El balance molar para A se escribe como:

Donde

Se reemplaza V en la ecuacin (1) y se obtiene

Se integra la expresin anterior

Se Reemplazan los valores y se obtiene

Entonces

EspeciesInicioRxnSalida

A

B

C

Se obtienen los valores para N

Conociendo los moles y el volumen se calcula la concentracin a partir de la siguiente ecuacin:

Finalmente se obtuvo:

3. Datos experimentales de concentracin en un reactor Batch han sido determinados. Identifique el orden de reaccin y el valor de la constante de velocidad de reaccin. (Aplique el mtodo diferencial)

t (min)051020304050

Ca (mol/l)1086.85.53.82.51.7

R//

Balance molar

V Cte.

Ley de velocidad de Rxn

Combinando (1) y (2) se tiene que

Aplicando ln en ambos lados

Se calcula el valor de las derivadas con el mtodo numrico de diferenciacin de tres puntos

Se tabulan los datost (min)01020304050

Ca (mol/l)106.85.53.82.51.7

-dCA/dt0,4150,2250,150,150,1050,055

Ln(-dCA/dt)-0,87947676-1,49165488-1,89711998-1,89711998-2,25379493-2,90042209

lnCA2,302585091,916922611,704748091,335001070,916290730,53062825

Se grfica Ln (-dCA/dt) vs lnCA

Donde

4. En un reactor PBR es desarrollada una reaccin en fase gaseosa de primer orden . El alimento contiene 20% de inertes a 50 C y 2 atmosferas. El flujo molar de A es de 50 mol/h. El parmetro de cada de presin, , es igual a 0.009 Kg-1. Determine la conversin alcanzada con 50 Kg de catalizador y calcule la cada de presin.

Calculo de la conversin: En un reactor PBR la forma diferencial de la ecuacin de balance molar en trminos de la conversin:

La ley de velocidad es:

Se tiene que

Donde la concentracin de la especie reaccionante A se escribe como:

La Rxn es isotrmica y

Como la Rxn es isotrmica y , se puede utilizar la siguiente ecuacin para el cociente de presin:

Se reemplaza la expresin anterior en (3)

Se reemplaza en (2)

Se combina (4) y (1)

Separando variables

Integrando con los limites , Cuando

Se resuelve la integral con la informacin disponible en el apndice A de elementos de ingeniera qumica. Fogler 4ta edicin.

Se calcula a partir de la siguiente ecuacin:

El flujo molar de A libre de inertes ser igual a:

Reemplazando los valores en la ecuacin (5)

Calculo de la cada de presin: Se calcula la cada de presin mediante la ecuacin

5. De acuerdo a su criterio, elija el reactor ms conveniente para las siguientes reacciones qumicas, explique sus razones.a. Reactor de membrana: Los reactores de membrana pueden usarse para aumentar la conversin cuando la reaccin es termodinmicamente limitada; es decir, reacciones muy reversibles. El reactor de membrana impulsa la reaccin reversible a la derecha hacia una conversin ms alta. Estas conversiones pueden lograrse permitiendo que uno de los productos de la reaccin se difunda a travs de la membrana que rodea la mezcla de reaccin. Por tanto, la reaccin continuara procediendo hacia la derecha hasta completarse. Para el caso la molcula de hidrogeno logra difundirse a travs de los poros de la membrana, mientras no pueden atravesarla. b. Reactor de membrana: Los reactores de membrana pueden usarse para aumentar la conversin cuando la reaccin es muy reversible.c. A+BD, 2BU (D = producto deseado, U= producto indeseado)Reactor semicontinuo: Permite aumentar la selectividad cuando ocurren reacciones mltiples. De acuerdo con la selectividad se puede aumentar la formacin de D y reducir la formacin de U manteniendo alta la concentracin de A y baja la concentracin de B. d. Reaccion de neutralizacin

Microreactor: La reaccin de neutralizacin es exotrmica y un microreactor permite eliminar los puntos calientes en reacciones altamente exotrmicas y en muchos casos estas reacciones llegan a efectuarse isotermicamente.