Reactor discontinuo

P4.1 La reacción irreversible:

A + B + C ®  3R

es de tercer orden global y de primer orden con respecto a cada uno de los reactantes. El calor de reacción es despreciable y la constante de velocidad vale 0.001 l2/mol2 min. ¿Cual será la composición a la salida de un reactor discontinuo de 5000 litros al cabo de 3 horas si se parte de 15 Kmol de A, 25 de B y 10 de C?.

 

P4.2 En un reactor discontinuo, ideal, isotenno e isobaro un reactante (Cao= 1 mol/l ) alcanza la conversión del 80 % en 8 minutos y se necesitan 18 minutos para que la conversión sea del 90 %. Deducir la ecuación cinética que representa esta ecuación.

 

P4.3 Para la reacción en fase líquida A  R, se han encontrado los siguientes datos:

CA (mol/l) -1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1 -0.1
(-rA)(mol/l h) 0.06 0.1 0.25 -.01 -.01 -0.1 0.5


        Si esta reacción se lleva a cabo en un reactor discontinuo, ideal,, isotermo e isobaro, encontrar el tiempo necesario para pasar de una concentración CAO=10 mol/l a una CAf = 2 mol/l.

 

P4.4 Para la reacción en fase gas NO + 1/2 02 ®  NO2 se ha encontrado que cuando se realiza con oxígeno en exceso su grado aparente es cero.

a).- Encontrar su mecanismo.

b).- Si inicialmente la carga se hizo a la presión atmosférica y a la temperatura de OoC y la relación de la alimentación fue de 5 moles de 02 por 1 mol de NO, encontrar en función de la constante de velocidad de la reacción el tiempo requerido en un reactor discontinuo ideal, isobaro e isotermo para llegar al 5 % de grado de conversión en NO.

 

P4.5 Debe producirse 1 0 Ton/dia de acetato de etilo a partir de la esterifícación del ácido acético con etanol en un reactor discontinuo que opera isotérmicamente a 100oC. El reactor se carga con una mezcla que contiene 500 Kgr/m3 de etanol y 250 Kgr/m3 de ácido acético (el resto de agua). La densidad de la mezcla puede considerarse constante e igual a 1045 Kg3. La reacción es reversible y en el rango de concentración de interés puede considerarse elemental. Los valores de las constantes cinéticas a 100oC son K1=8x10-6 m3/Kmol.s y K2=2.7x10-6 m3/Kmol.s. La mezcla de reacción se descarga cuando la conversión del ácido sea del 30 %. Si el reactor permanece inactivo durante 30 mi. para carga y descarga, ¿qué tamaño de reactor se necesitará?.

 

P4.6 La reacción de segundo orden en fase acuosa a la temperatura ambiente transcurre del siguiente modo A ® R con (-rA)= (1 l/mol.h)CA2, sabiendo que CAO=1mol/l. Pretendemos obtener este producto de modo discontinuo, manteniendo la carga en el recipiente un día y una noche. Indicar como ha de operar la unidad para que la velocidad de formación de R sea máxima.

 

P4.7 El metanol puede ser sintetizado a partir de hidrógeno y monóxido de carbono en presencia de un catalizador apropiado, CO + 2H2<===> CH3OH. Si el gas de alimentación contiene estos gases en proporciones estequiométricas (CO y H2) a 200 atm y 275oC, determinar la composición de los gases que salen del reactor discontinuo:

a) Si se opera isotérmicamente y se alcanza el equilibrio

b) Si se opera adiabáticamente y se alcanza el equilibrio

DATOS: (-AHr) = 2333 cal/mol, Cp(H2)=7.1 cal/mol K, Cp(C0) = 7 cal/mol K, Cp(CH30H) = 20.2 cal/mol K. La constante de equilibrio viene dada por logK=(3835/T)-9.15 logT + 3.08 x 10-3 T + 13.2 donde T(K) y K(atm-2)

 

P4.8 Cuando la descomposición de primer orden en fase gaseosa A ® 2.5 R, se realiza en un reactor isoténno discontinuo a 2 atm con 20% de inertes, el volumen aumenta un 60% en 20 mffiutos. Si la reacción la llevamos a cabo en un sistema a volumen constante, ¿cuánto tiempo será necesario para que la presión alcance 8 atm si la presión inicial es de 5 atm, dos de las cuales se deben a los inertes?

 

P4.9 La descomposición de A ® R + S, se lleva a cabo en fase gaseosa y con las siguientes condiciones iniciales:

To= 300 K, P = 5 atm y Vo = 0.5 m3.
El calor de reacción es de -1500 Kcal/kmol
Los calores especifícos de A, R y S son respectivamente 30, 25 y 20 Kcal/Kmol K
La constante cinética vale 1014exp(-10000/T) (1/h)
Si la reacción se lleva a cabo en un reactor discontinuo en condiciones adiabáticas, calcular el tiempo necesario para que reaccione el 80% de A.

 

P4.10 En un reactor discontinuo se efectua una reacción reversible de primer orden con elementos en fase líquida:

A Û B
CAO = 0,5 mol/l
CRO = 0 mol/l

        Calcular las constantes K1, y K2 de la reacción si en 8 mi se alcanza una conversión de 0,33 y la conversión de equilibrio es de XAE = 0,667.

 

P4.11 La reacción A ®  B se lleva a cabo en fase acuosa de forma isoterma, siendo la vida media de A de 1,3 h. Se pretende hacer reaccionar el 70 % de A. Para ello se dispone de un reactor discontinuo de 200 1 y un reactor de mezcla perfecta de 400 1. ¿Cual de los dos será más conveniente utilizar si se quiere obtener el máx'uno rendimiento?. No se tendrá en cuenta el tiempo de carga y descarga del reactor discontinuo.

 

P4.12 La ecuación de diseño para un reactor ideal, discontinuo e isotermo en el que tiene lugar la reacción irreversible de segundo orden

A + B ® C

es de la forma , donde

a).- En el caso especial de que los reactantes se introduzcan en relación estequiométrica, ¿Cómo quedaría la expresión?.

b).- Cuando CBO >>> CAO la expresión que se obtiene para la ecuación de diseño, ¿es equivalente a la obtenida en el caso de reacciones de primer orden?.

c).- Representa gráficamente la ecuación de diseño para este tipo de reactores.

 

P4.13 Determinar el orden de reacción para la descomposición en fase gaseosa del peróxido de di-tert-butilo

(CH3)3COOC(CH3) ® C2H6 + 2CH3COCH3

        La reacción se lleva a cabo en el laboratorio en un reactor isotenno discontínuo. La presión total de reacción a lo largo de reacción evoluciona según la siguiente tabla

tiempo(min) Presión total (MmHg)
0.0 7.5
2.5 10.5
5.0 12.5
10.0 15.8
15.0 17.9
20.0 19.4

             El procesamiento de datos hay que realizarlo en términos de la variable medida, es decir, los datos de presión total no hay que convertirlos a conversión y entonces analizarlos como datos de conversión-tiempo por medio de la ecuación de diseño. Se trata de transformar la ecuación de diseño para un reactor discontínuo isotermo en términos de la variable medida, en este caso la presión. Utilizar el método gráfico y el método de diferencias finitas para el cálculo del orden de reacción.

 

P4.14 El jabón consiste en sales de sodio y de potasio de diversos ácidos grasos como el oleico, esteárico, palmítico o laúrico. La saponificación para la formación de jabón a partir de sosa caustica y de gliceril estearato es

NaOH + 1/3 (C17H35COO)3C3H5 ® C17H35COONa + 1/3 C3H5(OH)3

     A     +              1/3 B                 ®             C            +      1/3 D

        Si X representa la conversión de hidróxido sódico (los moles de hidróxido sódico que han reaccionado por molde hidróxido sódico presente inicialmente), construir una tabla estequiométrica que represente la concentración de cada una de las especies que intervienen en el sistema en términos de su concentración inicial y de la conversión, X.

 

P4.15 Una alimentación gaseosa entra en un reactor a 720 K y 1.2 atm. Las concentraciones a la entrada para los reactivos son CAo 100, CBo 150, CRo 50 y CIo 100. Los gases que salen del reactor se introducen en un intercambador del cual salen a 320 K y 1 atm con CA 160. Calcular CB, CR y Xa a la salida del intercambiador. La reacción que tiene lugar es A + 3B ® 2R (Tarea nº 3 - Curso 2002-2003).




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