Diseno de Reactores parte uno Solucionario de libro PDF

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Solucionario del libro para diseño de reactores con ejercicios resueltos y ejercicios para resolver en examen, nota: algunos ejercicios traen pasos...

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA ESCUELA DE POSGRADO MAESTRIA EN INGENIERIA QUIMICA MENCIÓN PROCESOS QUÍMICOS Y AMBIENTALES

ASIGNATURA: DISEÑO Y EVALUACION QUIMICOS

TEMA: REACTORES

PARTICIPANTE: Victor J. Ore Galindo

ICA-2017 1

DE

REACTORES

Problemas: 1. Para la reacción de obtención de estireno por deshidrogenación del etilbenceno (problema 1), calcular la conversión de equilibrio si la alimentación está formada por etilbenceno diluido con vapor de agua, en la relación de 15 moles/1 mol de etilbenceno, a la presión de 1.0x105 N/m2. Resolución:  Preparación de estireno desde etilbenceno. El etilbenceno se emplea, casi exclusivamente, para la obtención de estireno, líquido incoloro, (Tb = 146 ºC, Tf = -31 ºC) que es el monómero del poliestireno. La mayor parte de estireno se obtiene por deshidrogenación catalítica de etilbenceno (ΔH = -121 kJ/mol). Como catalizador se emplea un sistema de tres componentes: ZnO-Al2O3-K2CO3. La adición de agua es para disminuir la presión parcial del etilbenceno y desplazar el equilibrio a la derecha. La conversión del proceso es del 65% y la selectividad del 90%. 

Formulando la ecuación química de la reacción:



H 2O(g) C6 H5 CH 2 CH 3   C6 H 5CH=CH 2 + H 2



Modelo de reacción:

A  B+C  

Constante de equilibrio químico: Kp = 1.0 x 104 N/m2 Presion total: PT = 1.0 x 105 N/m2



Presion parcial: pi = yi Pt



Fraccion molar: y i =



Donde: yi = Fraccion molar del componente i. PT = Presion total del sistema. ni = Número de moles del componente i. nt = Número total de moles del sistema

ni nt

A

B

C

D

t=0

C6 H5CH2CH3 1

 15

C 6H 5CH=CH 2 0

t=t

1-x

H2 0 x

H2 O(g)

x

2

+





Balance COMPONENTE

ENTRADA ni

ni

A

1

1-x

B

15

15

C

0

x

D

0

X

TOTAL

16

16 + x

SALIDA yi

1 - x   16 + x 

 1 - x     PT  16 + x  

15 

 15    PT  16 + x  

 x

  x    PT  16 + x  

 x

 16 + x 

  x    PT  16 + x  

1

PT

 16 + x   16 + x 

Remplazando en la constante de equilibrio químico:

 x   x   PT  16+x  16+x  kp =  1-x    PT  16 + x 

  PT  = 1.0 x 104

x2 N PT = 1.0 x 10 4 2  m  16 + x1 x 

N m2

x2 1.0 x 10 5 = 1.0 x 10 4  16  x  1 - x

XA = ? ; CB = ? mol L 2 x (10)  1  11x2 + 15x -16 = 0   16 x  1 - x CA = 0.86

Resolviendo con Solver:

x=

0.70361

F.O.

-7.3941E-05

x = 0.70361 

pi

Grado de conversión

x=

1  x   n A0- n A n  x = 1 - A  10.70361 nA0 nA0 1 3



Porcentaje de conversion

%X= 2.

0.70361 x100  70.36% 1

Un reactor continuo se alimenta a razón de 34 mol de A por minuto y, volumétricamente, a 8 litros por minuto, para llevar a cabo la reacción: 4 A → 3 B, en fase gaseosa. a) ¿Cuál es el grado de conversión del reactante y la concentración de producto en la descarga cuando la concentración de A es de 0.86 mol/L?. b) Si el grado de conversión fuera de 58%, ¿cuáles son las concentraciones del reactante y el producto en la descarga del reactor? Resolución:

C A 0 = 34 Q=8

mol L

X A = ? ; CB = ?

REACTOR CONTINUO

L min

C A = 0.86

a) Grado de conversion del reactante:

X=1-

CA C A0 mol L  0.9747 mol 34 L

0.86 X=1-

Porcentaje de Conversión:

mol   0.86  L  x 100%  97.47% %X = 1 mol   34 L   Concentracion del producto en la descarga:

4A  3B  A 

3 B 4

3 C X 4 A0 Mol Mol Mol CA 0 = 6 ; CB 0 = 36 ; CC 0  18 L L L C B = C B0 +

CB = 24.85 b) Para el grado de conversion 58%  Concetracion de A en la salida 4

mol L

mol L

CA = (1- X)CA 0 = (1- 0.58)  34

mol L

CA = 14.28 

mol L

Concentracion de B en la salida

CB =

CB =

3 C X 4 A0

3  mol  34 0.58  4  L 

CB = 14.79

mol L

3. El proceso de obtención industrial de sulfato férrico se lleva a cabo en un reactor continuo de tanque agitado. Elaborar la tabla estequiométrica de concentraciones correspondiente al flujo de descarga del reactor, si la alimentación consiste de una mezcla de clorato de potasio, sulfato ferroso y ácido sulfúrico en proporciones molares, de acuerdo con la ecuación química de la reacción, con una concentración total de 60 mol/L. Se conoce que en el reactor se alcanza un 82 % de conversión en régimen estacionario. Resolución:

KCLO3 + FeSO4 + H2SO4  Fe2 SO4 3 + KCl + H2O Balanceando:

KCLO3 + 6FeSO4 + 3H2SO4  3Fe2 SO4 3 + KCl + 3H2 O

Representación con letras:

A + 6B + 3C  3D+ E + 3F CT = CA0 + CB0 + CC0

60

Mol = C A0 + 6C B0 + 3C C0 L

60 = 6+ 6(6) + 3(6)

C A0 = 6

Mol Mol Mol ; C B0 = 36 ; C C0  18 L L L

CF = C0 - C0 X TABLA ESTEQIOMETRICA 5

ESPECIE A B C

ALIMENTACION

DESCARGA

Mol L Mol C B0 = 36 L Mol CC0  18 L

Mol L Mol C B = 36 - 6  6  0.82  = 6.48 L Mol C C = 18 - 3  6  0.82  = 3.24 L Mol CD = 3  6  0.82  = 14.76 L Mol CE =  6  0.82  = 4.92 L Mol CF = 3  6  0.82  = 14.76 L Mol C T = 60 +  7-10 6 0.82 = 45.24 L

CA 0 = 6

D

0

E

0

F

0

TOTAL

CT0 = 60

Mol L

C A = 6 - 6 0.82  = 1.08

6...