Heat Things Up - Ask Friends For Fireballs!

La zeolita es un conjunto de aluminosilicatos hidratados que es ampliamente utilizada como
catalizador en la industria. Usualmente se sintetiza a partir de soluciones acuosas de silicatoy
aluminato de sodio. Kerr [J. Phys. Chem., vol 70 p 1947 (1966)] y S. Liu [Chem. Eng. Sci. vol
24 p.57 (1969)] han estudiado un método de síntesis a partir de aluminosilicato de sodioen forma
de sustrato amorfo y una solución acuosa de NaOH. La reacción se efectúa en dos pasos y Liu
describe la cinética como:
3 Z 3 A
A Z
k1
A 2 OH
k C (k 1)C
k C C C
dt
dC+ +
− =
donde
COH = concentración de ion hidróxido (kmol/m
3
)
CZ = concentración de cristales de zeolita (kg/m
3
)
CA = concentración de sustrato amorfo (kg/m
3
)k1, k2, k3 = constantes cinéticas
Hay que notar que la reacción es catalizada por la presencia de producto, dado que CZ aparece en
el numerador de la ecuación cinética. Las reacciones deeste tipo se les denomina autocatalíticas.
A 100°C, las constantes tienen valores de :
k1 = 2.36
k2 = 0.625 kseg
-1
k3 = 0.36
Se desea utilizar un tanqueconteniendo 1 kg/m
3
de zeolita y 24 kg/m
3
de sustrato amorfo.
(a) Determinar el tiempo de residencia necesario para llevar el sustrato amorfo de zeolita al 98%
de conversión enun reactor batch perfectamente agitado. Considerar la operación
isotérmica @ 100°C y una concentración de hidróxido de 1.5 kmol/m
3
.
(b) Suponiendo que las condiciones de reacción sonlas descritas anteriormente, determinar el
tamaño de reactor y el peso de carga necesario para producir zeolita a un monto de 2,000
kg/dia. Solo se utilizará un reactor y sonnecesarios 30 min entre corridas para remover el
producto, limpiar el reactor y cargar los reactivos. La zeolita recirculada al reactor proviene
de las 2 ton que se producen diariamente.