2° Trabajo La Reacción Exotérmica [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

DOCENTE: FLORES FRANCO, JORGE CURSO: DISEÑO DE REACTORES QUÍMICOS CICLO: VII INTEGRANTES: -

GERÓNIMO FLORES, JEAN PIERRE

-

GÓMEZ RODRÍGUEZ, RUBÉN

-

CRUZ HORNA, MELANY

RAMÍREZ SANDOVAL, JADHIRA RIVADENEYRA BURGOS, CINTYA -

VIDAL HUAMÁN, ANGIE

TAREA N° 02 La reacción exotérmica A

B

+C

Se efectuó adiabáticamente y se registraron los siguientes datos: X -rA (mol/dm3*min)

0 1.0

0.2 1.67

0.4 5.0

0.45 5.0

0.5 5.0

0.6 5.0

0.8 1.25

0.9 0.91

La velocidad de flujo molar alimentada de A era de 300 mol/min. a) ¿Cuáles son los volúmenes de PFR y CSTR necesarios para lograr una conversión del 40%? (VPFR = 72 dm3, VCSTR = 24dm3) b) ¿En qué intervalo de conversión serían idénticos los volúmenes del CSTR y del PFR? c) ¿Cuál es la conversión máxima que puede lograrse en un CSTR de 105 dm3? d) ¿Qué condición puede lograrse si un PFR de72 dm 3 va seguido en serie por un CSTR de 24 dm3? e) ¿Qué conversión puede lograrse si hay un CSTR de 24 dm 3 seguido en serie por un PFR de 72 dm3? f) Grafique la conversión y la velocidad de reacción en función del volumen del PFR hasta un volumen de 100 dm2

SOLUCIÓN: Para la reacción exotérmica: A B+C →

X 0 0.20 0.40 0.45 0.50 0.60 0.80 0.90

−rA ¿) 1 1.67 5 5 5 5 1.25 0.91

−1/rA (d m3 . min/mol) 1 0.6 0.2 0.2 0.2 0.2 0.8 1.1

a) ¿Cuáles son los volúmenes de PFR y CSTR necesarios para lograr una conversión del 40%? (VPFR = 72 dm3, VCSTR = 24dm3)

PASO 1: Para resolver este problema, primero graficamos

−1 vs x con los datos rA

del cuadro anterior.

PASO 2: Aplicamos el balance molar como se indica a continuación: CSTR:

Realizamos el balance molar del reactor CSTR:

V CSTR =

F AO X (300 mol /min)(0.4) = −rA (5 mol/d m3 . min)

V CSTR =24 d m 3

PFR: X

V PFR=F AO ∫ 0

−dX −rA

Realizamos el balance molar del reactor PFR: V PFR= 300 (área debajo de la curva) V PFR =72 d m3

b) ¿En qué intervalo de conversión serían idénticos los volúmenes del CSTR y del PFR?

Para el vapor de alimentación que ingresa a la reacción con una conversión previa de 0.40 y sale en cualquier conversión de hasta 0.60, los volúmenes de PFR y CSTR serán idénticos debido a que la tasa es constante en este rango de conversión.

6

V PFR=∫ A

F A0 F 6 F dX= A 0 ∫ dX= A 0 X∨ 6 −r A −r A A −r A 4

0.40

REACTOR

0.60

PFR

c) ¿Cuál es la conversión máxima que puede lograrse en un CSTR de 105 dm3? V CSTR =105 dm3 PASO 1: Realizamos el balance de molar: V CSTR =

FA 0 X −r A

FA0X 105 dm3 = =0.35 min/mol −r A 300 mol /min PASO 2: Usamos el método prueba y error para encontrar conversión máxima. At X=0.70 l/−r=0.5 X /−rA=0.35 dm 3 . min/mol Maxima conversion = 0.70 d) ¿Qué condición puede lograrse si un PFR de72 dm3 va seguido en serie por un CSTR de 24 dm3?

De la parte de (a) sabemos que: X 1 =0.40 Usamos el método prueba y error para calcular X 2 :

X1

PFR

X2 CSTR

Realizamos el balance molar: V=

F A 0 ( X 2− X 1 ) −r A ¿ X 2

Reordenando, tenemos: X 2−0.40 V = =0.008 −r A ¿ X F A0 2

X 2 =0.64

X 2−0.40 =0.008 −r A ¿ X 2

Conversión = 0.64

X2

X1

e) ¿Qué conversión puede lograrse si hay un CSTR de 24 dm3 seguido en serie por un PFR de 72 dm3?

X1 PFR

CSTR

X2

De la parte (a) sabemos que X 1 =0.40, para encontrar X 2 usamos el método de prueba y error PASO1: Realizamos el balance molar: X2

dX −r A 0.40

V PFR=72=F A 0 ∫

X2

dX −r A 0.40

V PFR=300 ∫

X 2 =0.908,

V =300 x (área bajo la curva)

V= 300(0.24) = 72 dm3. Conversión = 0.908

X1

X2

f) Grafique la conversión y la velocidad de reacción en función del volumen del PFR hasta un volumen de 100 dm2.