problema 8

Elementos de Ingeniería de
las Reacciones Químicas
H. Scott Fogler

Capitulo 8
Diseño de reactores no isotérmicos
en estado Estacionario
Ejemplo 8.8
Juraz Rolon Pilar A.

Ejemplo 8-8
Producción de propilenglicol en un
CSTR adiabático

CSTR (Reactor Continuo de Mescla Perfecta)
Ejemplo pagina 526

El propilenglicol se produce por hidrólisis del óxido de
propileno

Más de 800 millones de librasde propilenglicol fueron
producidas en 2004 y el precio de venta fue
aproximadamente de 0.68 centavos de dólar por libra. El
propilenglicol constituye alrededor del 25% de los
principales derivados del óxido de propileno. La reacción se
lleva a cabo con facilidad a temperatura ambiente cuando es
catalizada por ácido sulfúrico.

Suponga que usted es el ingeniero a cargo de un CSTR
adiabático queproduce propilenglicol por este método.
Desafortunadamente, el reactor ha empezado a tener fugas,
por lo que es necesario reemplazarlo. (Usted comentó con su
jefe en varias ocasiones que el ácido sulfúrico es corrosivo y
que el acero dulce es un material no indicado para la
construcción del reactor.) Hay un CSTR con rebosamiento de
buena apariencia y capacidad de 300 gal desocupado; está
recubiertode vidrio y usted desea usarlo.
Se va a alimentar 2500 Ibm/h (43.04 lb mol/h) de óxido de
propileno (P. O.) al reactor. La corriente de alimentación
consta de (1) una mezcla equivolumétrica de óxido de
propileno (46.62 pies3/h) metanol (46.62 pies3/h) y (2) agua
que contiene 0.1% en peso de SO4. El flujo volumétrico del
agua es 0.1 agua % SO4 ' que es 2.5 veces el flujo del
metanol-P. O. flujosmolares y volumétricos del metanol y del
agua correspondientes son 71.8 y 802 .8 lb mol/h,
respectivamente.

La mezcla de agua-óxido de propileno-metanol experimenta
una
leve
disminución
de
volumen
al
mezclarse
(aproximadamente de 3%), pero usted desprecia esta
disminución en sus cálculos. La temperatura de ambas
corrientes de alimentación es de 58ºF antes de la mezcla,
pero hay un aumentoinmediato de 17°F al efectuar la
mezcla de las dos corrientes de alimentación provocada por
el calor de mezclado. La temperatura de entrada dentro de
las corrientes de alimentación se considera, por lo tanto, que
es de 75°F (figura E8-8.l).

dicen que en condiciones similares a las de este ejemplo, la
reacción es de primer orden respecto a la concentración del
óxido de propileno y de orden cero aparenterespecto al
agua en exceso , con la velocidad de reacción específica

Las unidades de E son Btu/lb mol.
Hay una restricción importante en esta operación. El óxido
de propileno es una sustancia con punto de ebullición
bastante bajo. Con la mezcla que se está empleando, usted
considera que no puede exceder una temperatura de
operación de 125°F o perderá demasiado óxido por
vaporización a través delsistema de ventilas.
¿Podrá emplear el CSTR extra como reemplazo del que
tiene fugas si se opera adiabáticamente? En caso afirmativo,
¿cuál será la conversión del óxido a glicol?

Solución

Representemos la reacción como sigue:

donde
A es el óxido de propileno (CPA = 35 Btu/lb mol ºF)
B es el agua (CPB = 18 Btu/lb mol ºF)
C es propilenglicol (CPC = 46 Btu/lb mol .oF)
M es metanol (CPM = 19.5Btu/lb mol .oF)
En este problema, la conversión de salida y la temperatura
del reactor adiabático se desconocen.
Aplicando el balance del material y el balance de energía, es
posible resolver dos ecuaciones con dos incógnitas (X y T),
Resolviendo tales ecuaciones acopladas, determinamos la
conversión y la temperatura de salida para el reactor
recubierto con vidrio con objeto de ver si es posibleemplearlo
para reemplazar al reactor actual.

1. Balance molar y ecuación de diseño:
La ecuación de diseño en términos de (X) es

2. Ley de velocidad:
3. Estequiometría (fase líquida, v = v0):
4. Combinando se obtiene:

Despejando (X) en función de (T) y recordando que : =
V/v0 , se tiene:
Esta ecuación relaciona la temperatura y la conversión a
través del balance molar.

5. El balance de...