regularizacion ejercicios rq

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ATITALAQUIA
REACTORES QUÍMICOS
EJERCICIOS PARA REGULARIZACIÓN: UNIDAD 1, 2, 3 (CON PONDERACIÓN AL 15% cada uno)
UNIDAD I
EJERCICIO 1
Determinar el volumen necesario para producir 1000 kg diarios de B en un reactor por lotes. La reacción que se
verifica es la siguiente: 2A < -- > B + 3C y se lleva en fase líquida.
Para esta reacción se determinó experimentalmente la expresión de velocidad de reacción a esta temperatura:
-rA = K(CA/CB0.5) – K´CC1.5
Para K = 0.0405 L0.5/mol0.5.min
K´ = 0.0011 L 0.5/mol0.5.min
Cada lote se opera hasta alcanzar una conversión del 98 % y se trabaja 2 turnos por día de 8 horas cada uno.
Antes de operar por primera vez durante el día, los preparativos y carga de materia prima al reactor toman 25
minutos, además 32 minutos para descargar y realizar limpieza después de la última carga del día. Para cada
ciclo se requieren 8 minutos para descargar y limpiar el reactor y 12 minutos adicionales para preparar la
alimentación y cargar el reactor.
La alimentación tiene 0.15 molar de A con trazas despreciables de B y C que no se removieron en la limpieza,
el peso molecular de B = 305 g/mol.
EJERCICIO 2
Prepare una tabla estequiométrica para la reacción
Na + KNO3 -> K2O + Na2O + N2 en términos de las
concentraciones y tomando como base al Na. Considere volumen constante.
EJERCICIO 3
Determine el tamaño de los reactores en serie, considerando los siguientes datos cuando la conversión
intermedia es de 20 % , 50 % y la conversión final del 80 %. La velocidad de flujo molar alimentada es de 1000
g/h
-rA = g/dm3.h
EJERCICIO 4
En un reactor discontinuo, un reactante (CA0 = 1 mol/L) alcanza la conversión del 80 % en 8 minutos, y se
necesitan 18 minutos para que la conversión sea del 90%. Deduzca una ecuación cinética que represente esta
reacción. Considere condiciones constantes en todo el recipiente.
EJERCICIO 5
La reacción exotérmica A ----- B + C se efectuó adiabáticamente y se registraron los siguientes datos:
X
0
0.2
0.4
0.45
0.5
0.6
0.8
0.9
-rA
(mol/dm3.min)
1.0
1.67
5.0
5.0
5.0
5.0
1.25
0.91
La velocidad de flujo molar alimentada de A era de 300 mol/min.
a) ¿Cuáles son los volúmenes de PFR y CSTR necesarios para lograr una conversión del 40 %
UNIDAD II
EJERCICIO 1
La reacción exotérmica A ----- B + C se efectuó adiabáticamente y se registraron los siguientes datos:
X
0
0.2
0.4
0.45
0.5
0.6
0.8
0.9
-rA
(mol/dm3.min)
1.0
1.67
5.0
5.0
5.0
5.0
1.25
0.91
La velocidad de flujo molar alimentada de A era de 300 mol/min.
Realizar el diagrama cualitativo de la conversión X y la velocidad de reacción –rA a todo lo largo del reactor.
EJERCICIO 2
Se desean producir 200 millones de libras al año de etilenglicol. El reactor operará isotérmicamente. Una
solución de 1 lb mol/pies3 de óxido de etileno en agua se alimenta al reactor junto con una solución
volumétricamente igual de agua que contiene 0.9 % en peso de catalizador H2SO4. La constante específica de
velocidad de reacción es de 0.311 min-1.
a) Si dos reactores de 600 galones estuvieran ordenados en Paralelo, ¿Cuál sería la conversión
correspondiente?
EJERCICIO 3
Determine el volumen del PFR para producir 300 millones de libras de etileno al año por desintegración
catalítica de una corriente de alimentación de etano puro. La reacción es irreversible y sigue una ley
de velocidad elemental. Se desea lograr una conversión del 80 % de etano haciendo que el reactor
funcione isotérmicamente a 1100 °K y una presión de 16 atm. Considere que todo lo demás
permanece igual.
C2H6  C2H4 + H2
EJERCICIO 4
El n-butano, C2H10 va a isomerizarse a isobutano en un PFR. La reacción se va a efectuar
adiabáticamente, en fase líquida a alta presión, usando esencialmente trazas de un catalizador
líquido que da una velocidad de reacción específica de 31.1 h-1 a 360 °K. Calcule el volumen del PFR
necesario para procesar los 100,000 gal/día (163 Kmol/h) con una conversión del 80 % y una mezcla
de 92% mol de n-butano y 8 % mol de i-pentano, que se considera un producto inerte. La alimentación
se tiene a 330 °K.
∆HRX = -6900 J/mol n-butano Energía de activación = 65.7 kJ/mol
Kc = 3.03 a 60 °C
CA0 = 9.3 mol/dm3 = 9.3 kmol/m3
Butano
Cpn-B = 141 J/mol.°K
Cpi-B = 141 J/mol.°K
i-Pentano
Cpi-P = 161 J/mol.°K
n-C4H10 < -- > i-C4H10
EJERCICIO 5
Se desean producir 200 millones de libras al año de etilenglicol. El reactor operará isotérmicamente.
Una solución de 1 lb mol/pies3 de óxido de etileno en agua se alimenta al reactor junto con una
solución volumétricamente igual de agua que contiene 0.9 % en peso de catalizador H2SO4. La
constante específica de velocidad de reacción es de 0.311 min-1.
a) Para lograr una conversión del 50 %, determine el volumen necesario del CSTR
EJERCICIO 6
En una polimerización en fase gaseosa a temperatura constante, desparece el 35% de monómero en 42
minutos, partiendo de la concentración inicial del monómero de 0.25 mol/L. Calcule la velocidad de desaparición
del monómero. Considere una reacción de primer orden.
EJERCICIO 7
Calcule el coeficiente cinético para la desaparición de A en la reacción de primer orden en fase gaseosa:
3A
R si la presión se mantiene constante y el volumen de la mezcla reaccionante disminuye un 25%
en 10 minutos, cuando la mezcla de partida contiene 85 % de A y el resto gas inerte.
UNIDAD III
EJERCICIO 1
Se inyecto una muestra del trazador hytane a 320 °K en forma de pulso a un reactor y se midió su
concentración en el efluente en función del tiempo, obteniéndose los datos que se muestran:
a) Construya figuras mostrando C(t) y E(t) en función del tiempo
b) Determine la fracción de material que sale del reactor y que ha pasado entre 4 a 8 minutos
dentro de él.
c) Determine la fracción de material que sale del reactor y ha pasado 4 minutos o menos dentro
del reactor.
d) Calcule el tiempo medio de residencia y la varianza para el reactor
e) Calcule la conversión media en el reactor, considerando la reacción de primer orden, en fase
líquida y fluido totalmente segregado.
EJERCICIO 2
Para los mismos valores de la tabla anterior calcular la conversión empleando el modelo de:
a) el modelo de dispersión de recipiente cerrado.
b) el modelo de tanques en serie.
c) un solo CSTR.
Valor de K = 0.1 min-1