cinetika ejemplos

REACTORES DISCONTINUOS
1.


2. El fosgeno se forma mediante la reacción de cloro gaseoso y monóxido de carbono en presencia de carbón activado:
CO (g) + Cl2 (g)  COCl2 (g)

v (mol/min·gC) = 8,75·CCOCCl2 /(1+58,6·CCl2 +34,3·CCOCL2)2 (30,6ºC)

La carga contiene un 50% de cada reactivo en un reactor discontinuo de 3 litros, con 1 gramo de carbón y a una presión inicial de 1 atm.Calcular el tiempo requerido para alcanzar una conversión del 75% (emplear la regla de integración de Simpson y despreciar el volumen ocupado por el carbón).







3. En un reactor discontinuo isotermo se hidroliza acetato de metilo. La carga está compuesta por 8517 kg de éster, 87768 kg de agua y un catalizador, de modo que la densidad de la mezcla es 0,964 g/cm3. La constante cinéticaes 1,5·10-4 dm3mol-1min-1 y la constante de equilibrio K=0,22.
Calcular el periodo de operación necesario para obtener una conversión del 90% respecto a la máxima posible.

CH3CO2 CH3 + H2O  CH3CO2 H + CH3OH

K = (CoAxe)2 /[CoA(1-xe)(CoB-CoAxe)] xe = 0,91 x= 0,90·xe = 0,82

t = CoA  x/v = 116,6·{ln [(1,19·x+16)/(1,19·x-1,1)] - ln [16/(-1,1)]} = 261 min (H.Ph&Ch A50 nº110)

v= kdCoA(1-x)(CoB-CoAx) - ki(CoAx)2

CoA = (8517/MA)/V = 1,12 kmol/m3
CoB = (87768/MB)/V = 48,8 kmol/m3
V= (mA+mB)/d = 99,88 m3

kd = 1,5·104 ki = kd/K = 6,8·10-4 m3kmol-1min-1

Gráficamente :

v = 8,20·10-3 - 8,29·10-3 x - 6,65·10-4 x2

 x/v = 23,5·10 = 235 dm·mol-1min-1

t = 235·CoA = 263 min



4. La urea se obtiene industrialmente, para uso como fertilizante, enforma de disolución acuosa concentrada que posteriormente se solidifica y envasa, ya que disuelta produce la reacción de biuret: 2 NH2CONH2 (ac)  NH2CONHCONH2 + NH3.
Si el efluente del proceso es una disolución de urea con una concentración de 20 mol/dm3 a 80ºC, ¿cuanto tiempo podremos demorar su solidificación si se mantiene a esta temperatura en que la constante de la reacción de biuret esk= 2,38·10-5 dm3mol-1h-1, de forma que la cantidad de urea transformada no sobrepase el 1%?.




5. Se ha encontrado que la velocidad de la reacción en fase gaseosa homogénea a 215ºC resulta ser: A  2R vA = 10-2 CA½ mol·dm-3s-1

Calcular el tiempo de residencia necesario para alcanzar un 80% de conversión, a partir de una alimentación de A puro, en un reactor tubular ideal que opera adicha temperatura y 2,5 atm.




A CoA x = 0,8




 = CoA  x/v

CoA = pA/RT = 6,25·10-2 mo/dm3

v = k·CA½ CA = CoA (1-x)/(1+x)  = 1

Gráficamente:

 = 6,25·10-2·13,25·40 = 33 s

analíticamente:

 = CoA½ /k· [(1+x)/(1-x)]½ x = CoA½ /k·[sen-1x - (1-x2)½  = (6,25·10-2)½ /10-2·(sen-10,8-(1-0,64)½ +1) = 33 s





6. La descomposición de la fosfamina enfase gaseosa homogénea transcurre a 650ºC y 4,6 atm, según la reacción y cinética:
4 PH3 (g)  P4 (g) + 6 H2 (g) v= k·CPH3 k=10 h-1

Calcular de forma aproximativa el tamaño de reactor tubular para una conversión del 80% y una alimentación de fosfamina pura de 1,8 kmol/h.


 = Co  x/v Co = p/T = 0,0608 kmol/m3

v = k·Co (1-x)/(1+x)  = (7-4)/4 = 0,75Analíticamente:  = -1/k·[(1+)·ln(1-x) + ·x] = 0,222 h

Vr = Vo· = 6,57 m3 con Vo = Fo/Co = 29,6 m3/h


Gráficamente:

V= ·Vo = 0,0608·9,1·0,4·29,6 = 6,54 m3









7. Las constantes de velocidad de la reacción de formación de dibromoetano en fase gaseosa a 600K son:
C2H4 (g) + Br2 (g)  C2H4Br2 (g) kd = 500 dm3mol-1h-1 ki = 0,032 h-1

Esta reacción se lleva a cabo enun reactor tubular ideal cuya alimentación es 600 m3/h de una mezcla que contiene 60% de Br2, 30% de C2H4 y 10% de inertes en volumen, a 600K y 1,5 atm. Calcular la conversión máxima posible teóricamente de etileno en dibromoetano y el volumen de reactor necesario para alcanzar el 60% de dicha conversión teórica.



Vo = 600 m3/h
xf = 0,60·xe
XC2H4:0,30 XBr2:0,60...