Examen Parcial 1 Quatrimestre 21-22 Enunciat i Solucions GEQ PDF

Preview

Summary

1r examen de Bengoa...

Description

Universitat Rovira i Virgili Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Química Departament d’Enginyeria Química

Cinètica química i disseny de reactors, 21-22 Examen Parcial 1er Quadrimestre. Dimecres 10 Novembre 2021, 9h00-11h00 INSTRUCCIONS: Temps de resolució per el problema: 2 hores. No es poden consultar llibres i apunts. Les respostes que no vagin acompanyades del desenvolupament lògic no tenen cap valor. Les equacions han de tenir tots els valors numèrics utilitzats per calcular la solució. Cas contrari no es compta. El raonament totalment correcte compta únicament amb el 40% del valor de la solució. Fer cada exercici en un full nou. La nota màxima d’aquest examen és 20 punts.

Exercici 1 (Es compta el Test: 6.50 punts. No es compta el Test: 0.00 punts) A l’exercici 1 teniu que escriure si voleu que la nota dels tests compti a l’examen parcial. La nota màxima per el Test és 6.50 punts. Es comptabilitzarà la mitjana de les dues millors notes dels Tests.

Exercici 2 (Es compta el Test: 3.38 punts. No es compta el Test: 5.00 punts) Es realitza en un reactor CSTR la reacció en fase gasosa a temperatura constant: A→B+C La cinètica de reacció és elemental i la seva constant és 0.12 1/min. A entra amb un inert al reactor de 50 L amb un cabal volumètric de 5 L/min. La fracció molar de l’inert a l’alimentació és 0.65. Es demana calcular: a) Conversió de A amb el reactor de 50 L. (0.55) b) Conversió de A afegint un segon reactor CSTR de volum doble al del punt a). (0.87)

Exercici 3 (Es compta el Test: 3,38 punts. No es compta el Test: 5.00 punts) La reacció de descomposició en fase gas: AR segueix una llei de segon ordre. En un primer lloc es determina la cinètica de la reacció. Per això s’utilitza un reactor batch que treballa a 10 atm i 400ºC. Al reactor es posa A pur. Al cap de 20 minuts s’obté una conversió de A de 0.85. Calcular: a) El valor de la constant cinètica (cura amb les unitats). (1.5636 L/molꞏmin) Ara, es vol realitzar el procés en un reactor tubular industrial. El reactor opera a 200 atm i 400ºC. El cabal volumètric d’alimentació és de 2000 L/min. L’alimentació conté A pur. Es vol arribar a la mateixa conversió de A que en el reactor batch. Calcular: b) El volum del reactor tubular. (2000 L)

Formulari: Arrhenius :

Ordre 0 :

Ordre 1 :

Ordre 2 :

Balanç de matèria :

Batch :

CSTR :

PFR :

Amb conversió :

Simpson 4 punts:

1

Universitat Rovira i Virgili Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Química Departament d’Enginyeria Química

Exercici 4 (Es compta el Test: 4.05 punts. No es compta el Test: 6.00 punts) Es realitza la reacció següent en un reactor batch de 100 L de volum: AB Es realitzen tres experiments a tres temperatures diferents: 280, 300 i 320 K. A la taula es presenten els resultats experimentals dels tres assajos: t (min) 0 50 150 250 350 450

280 K 0,10000 0,07269 0,03841 0,02030 0,01073 0,00567

CA (mol/L) 300 K 0,10000 0,06432 0,02661 0,01101 0,00455 0,00188

320 K 0,10000 0,05498 0,01661 0,00502 0,00152 0,00046

Es demana: a) Determinar l’ordre de la reacció (dibuixar una figura que ho demostri). (Ordre 1) b) Calcular el factor pre-exponencial i l’energia d’activació, determinar les seves unitats. (A: 0.93 1/s; Ea: 2798 cal/mol) c) Calcular la conversió en un reactor batch al cap de 10 hores si la reacció es fa a 260 K. La concentració inicial de A (CA0) és 0.25 mol/L. (0.393)

Exercici 5 (Es compta el Test: 2.69 punts. No es compta el Test: 4.00 punts) Es vol realitzar la reacció d’isomerització isotèrmica en fase gasosa: A→B en dos reactors en sèrie amb les dues configuracions: CSTR + PFR o PFR + CSTR. En ambdós casos, s’utilitzarà el primer reactor per obtenir una conversió de A: XA = 0.3 i el segon reactor per obtenir una conversió de A total de XA = 0.6. A la taula es presenten les dades experimentals obtingudes al laboratori. A la figura, la representació d’aquestes dades. El cabal molar d’alimentació de A és de 300 mol/s. Dades figura -FA0/rA (L)

X 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

754 962 1091 1132 1111 1010 822 571

x

n

dx 

1 n 1 ꞏx n 1

a) Calcular el volum de la configuració CSTR + PFR. (340+360=700 L) b) Calcular el volum de la configuració PFR + CSTR. (317+247=564 L) c) Si s’utilitza un sol reactor, qual es podria escollir i quin seria el seu volum. (CSTR: 493 L)

2...