Guia ejercicio resueltos diseño de reactores usm

DISEÑO DE REACTORES (ILQ-261)

Guía resuelta 2

1. La siguiente tabla muestra el avance en el tiempo de una reacción batch isotérmica. A y B son reactantes, mientras que S y R son los productos.

[pic 1]

a) Escriba un mecanismo de reacción que sea compatible con la cinética observada.

    R: Nótese que           * A disminuye siempre y más rápido que B

                                * R siempre aumenta

A        R                        * B disminuye pero después aumenta (reversibilidad)

                                * S aumenta y disminuye

A + B        S                * La velocidad de prod. de R es máxima en t=0 (sin S)[pic 2][pic 3]

                                        [pic 4]

b) Determine el Rendimiento Fraccional Instantáneo de S basado en A a los 60 segundos (1.0 min)

R:    dCS/(-dCA) = - ΔCS/ΔCA = - (0.58-0.63) / (0.38 – 0.43) = - 1.0 molS/molA

                                            (negativo, porque S desaparece a razón 1:1)

Si necesita graficar, hágalo en este espacio (basta con 5 o 6 puntos para formarse una idea)

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

c) Determine el tiempo de residencia de un PFR que maximiza la producción de S

                τ = 0.45 min

d) ¿Cómo determinaría la conversión de un reactor CSTR con CA0=CBO=2M, y un tiempo de residencia de 0.7 min?

R: Utilizar la serie CA(t) de la tabla y calcular utilizando E(t) para un reactor batch, con  τ = 0.7 min

[pic 10]

Con ∞ = 2.0 es suficiente

2. En una poza de tratamiento se realizó el siguiente ensayo DTR con un trazador no reactivo (pulso), obteniéndose las siguientes concentraciones de salida:

[pic 11]

donde  C (mg/lt) es la concentración de trazador.

En la poza se degrada un componente A con una cinética de segundo orden:

        -rA = - dCA/dt = 0.00018 CA2            (ppm/min), con CA en ppm

a) Determine la función E(t) de DTR

b) Determine la conversión de A en la poza

c) ¿Qué conversión se obtendría si la poza se comportara como un CSTR?

d) Proponga cualitativamente un modelo de compartimiento simple (aproximado)

R: RESPUESTA

[pic 12]

a) De la tabla se puede graficar

[pic 13]

                      E(t)

                                                                                           t (min)

b) Conocido E(t), se debe calcular CA(t)

        1/CA = 1/CA0 + kt

        CA/CA0 = 1/(1 + CA0kt)

[pic 14]

De la tabla Caf/Cao = 0.15,         ξAf = 0.85         REACTOR REAL

c) Calcular  τ = SUM (t E(t) Δt) = 100 min aprox

        τ = (CA0 – CAf) / 0.00018 CAf2

        100 = (350 - CAf) / 0.00018 CAf2

Resolviendo :   CAf = 114 ppm

 [pic 15]

       ξAf = 1-114/350 = 0.67    REACTOR IDEAL:CSTR

d)                                                                o

                A           R                     con k’ = 3.08 (m3/h/kgcat)[pic 32]

b) El catalizador es un pellet esférico de 2.5 mm de diámetro y densidad aparente ρB = 1600 kg/m3. Determine la pérdida de carga ΔP para lechos con razones de aspecto (Diámetro-Altura) de 1:2 y 2:1.

Dato: R=8.31 (J/mol/K), μf=2.2 10-5 (kg/m/s), Φ = 0.95, fracción de huecos = 0.30.

R:

a)         -rA’ (molA/h/kgcat) = k’obs (m3/h/kgcat)  CA(molA/m3)   (Primer orden)

CA0 = nA/V = P/(RT) = 112000/8.31/(120+273) = 34.3 (molA/m3)        

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