Problemas Tema 6 12-13 - ingenieria de reactores químicos ejercicios. 2 año química. tiene soluciones PDF

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Ingeniería Química · curso 2012-13 2º Grado en Química

TEMA 6: INGENIERÍA DE REACTORES QUÍMICOS PROBLEMA Nº1: El reactante A se convierte al 50% en un reactor tanque agitado continuo que trabaja idealmente, según la siguiente reacción en fase líquida: AR Manteniendo la composición de la alimentación (C A0) y el caudal (v0) se cambia dicho reactor por otro cuyo volumen es 4 veces mayor. Calcúlese la conversión de la reacción en el nuevo reactor si la ecuación cinética del proceso reactivo es: a) (-rA) = k·CA (xAf=0.80) b) (-rA) = k·CA2 (xAf=0.703)

PROBLEMA Nº2: Una reacción homogénea en fase gaseosa A  3 R tiene una velocidad a 215C º dada por: (-rA )=10-2 ·C1A 2 [mol/L·s] Calcular el tiempo espacial necesario para alcanzar una conversión de 80% en la alimentación de 50% de A y 50% de inertes que entra en un reactor de flujo pistón que opera a 215C º y 5 atm (CA0=0.0625 mol/L) (=33.3 s)

PROBLEMA Nº3: Se va a efectuar la reacción en fase líquida A  R de la que se cuenta con los siguientes datos cinéticos: CA (mol/L) (-rA) (mol/L·min)

0.1 0.1

0.2 0.3

0.3 0.5

0.4 0.6

0.5 0.5

0.6 0.25

0.7 0.10

0.8 0.06

1.0 0.05

1.3 0.045

a) Calcular el tiempo de operación de un reactor discontinuo necesario para pasar de una CA0=1.3 mol/L a una CAf=0.3 mol/L. (t=12.7 min) b) Calcular el tamaño de un reactor tubular y el de un tanque agitado que puedan convertir hasta el 80% de un flujo de reactante de 1000 mol/h de A si la concentración inicial CA0=1.5 mol/L.. (VFP=191 L; VMC=26.67 L)

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2.0 0.042

Ingeniería Química · curso 2012-13 2º Grado en Química PROBLEMA Nº4: El acetaldehído se descompone en un reactor ideal flujo en pistón a 400C º y 1 atm de presión, de acuerdo con la siguiente reacción: CH3CHO  CH4 + CO Dicha descomposición responde a una cinética de segundo orden (k=0.30 L/mol·s). Para las condiciones de operación indicadas, determinar el volumen de reactor necesario para alcanzar una conversión del 40% cuando se emplea un caudal molar de alimentación de 1200 mol/h de acetaldehído. ¿Cuál sería el volumen de un reactor mezcla completa continuo que operase en las mismas condiciones? (VFP=3532 L; VMC=7386 L) Dato: R = 0.082 atm·L/K·mol. PROBLEMA Nº5: La reacción A  R + 2S es de segundo orden. Se trata de una transformación en fase gaseosa para las condiciones en las que se piensa operar: 600C º y 1.5 atm. Se desea 3 una conversión del 95% utilizando un tubo de 25 m . ¿Qué flujo volumétrico puede tratarse con él si la alimentación lleva un 50% de inertes? Previamente se había realizado una experiencia de laboratorio en otro reactor tubular isotérmico. En él, se lograba convertir el 90% de una alimentación de A puro que se introducía a 600C º y2 atm con un tiempo espacial de 3 minutos. (v0=2507 L/min) PROBLEMA Nº6: Con el fin de diseñar un reactor para la producción de crotonaldehído, por condensación aldólica del acetaldehído, según la siguiente reacción: 2 CH3-CHO  CH3-CH=CH-CHO + H2O se estudia la cinética con un pequeño reactor tubular de 5 L de volumen a 45C, º introduciendo una corriente acuosa de acetaldehído de concentración 7.5 mol/L, obteniéndose los siguientes resultados:  (s) xA

0.041 0.115 0.351 1.064 2.105 0.150 0.330 0.600 0.820 0.900

Industrialmente se desea tratar una corriente acuosa de acetaldehído (C A0=2 mol/L) a 45ºC, a razón de 600 L/min, y conseguir una conversión del 65%. Calcular el volumen necesario si se utiliza un reactor tanque agitado continuo. (46.54 L)

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Ingeniería Química · curso 2012-13 2º Grado en Química PROBLEMA Nº7: La descomposición de la fosfamina 4 PH3  P4 + 6 H2 es una reacción en fase gaseosa, prácticamente irreversible, y cuya velocidad es proporcional a la concentración de fosfamina (orden uno). El coeficiente cinético, a la temperatura de trabajo, es 3.3·10-3 s-1. Calcular el tamaño del reactor tubular que trabajando isotérmicamente a 650C º ya la presión media de 4.5 atm convierta hasta el 90% una corriente de 2 kmol/h de PH 3 pura. (9726 L) Dato: R=0.082 atm·m3/K·kmol. PROBLEMA Nº8: Se tiene que diseñar un reactor mezcla completa continuo para la producción de un producto valioso R, según la siguiente reacción en fase líquida: 2AR+S Ésta es una reacción de segundo orden, con un coeficiente cinético k=0.54 L/mol·s. En este reactor debe tratarse una corriente acuosa de A (C A0=2 mol/L) a 80C, º a razón de 600 L/min, para conseguir una conversión del 65%. a) Calcular el volumen del reactor necesario. (49.13 L) b) Por algún problema técnico, se comprueba que la conversión que se está alcanzando en dicho reactor es sólo del 55%. Calcúlese cuál será el flujo molar, FA0, que está siendo introducido realmente en dicho reactor. (39 mol/s) PROBLEMA Nº9: Se ha encontrado que la reacción CH2OH-CH2Cl + NaHCO3  CH2OH-CH2OH + NaCl + CO2 es elemental, con coeficiente cinético k=5.2 L/mol·h a 82C. º Basándose en estos datos se ha de construir una instalación piloto para determinar la viabilidad económica de producir etilenglicol, partiendo de dos alimentaciones disponibles: una con disolución acuosa de bicarbonato de sodio y otra con disolución acuosa de etilenclorhidrina. Se pide: a) Volumen del reactor tubular que produciría 20 kg/h de etilenglicol con una conversión del 95% para una concentración equimolar (concentraciones iniciales de 1.23 mol/L de cada reactante), obtenida mezclando apropiadamente las dos corrientes disponibles. (821 L) b) Tamaño del reactor mezcla completa que se necesita para la misma alimentación, conversión y velocidad de producción que en el apartado anterior. (16422 L) Datos: PM(etilenglicol)=62

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Ingeniería Química · curso 2012-13 2º Grado en Química PROBLEMA Nº10: Se precisa llevar a cabo la reacción A + B  C + D en fase líquida y temperatura constante con una conversión del 90%. La velocidad de reacción viene dada por (-rA) = 0.05·CA·CB mol A/(L·min). Si las concentraciones de cada uno de los tanques y los caudales dosificados por cada una de las bombas de alimentación son los que se muestran en la figura, a) Calcular el volumen del reactor flujo pistón necesario. (1500 L) b) ¿Cuál será el volumen del reactor mezcla completa continuo para obtener la misma conversión? (15000 L) c) ¿Y el flujo molar de producto C producido en cualquiera de los casos anteriores? (67.5 mol/min)

CA0=6 mol/L vA0=12.5 L/min

xAf=0.90

CB0=6 mol/L vB0=12.5 L/min

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