Cualquier

Ejemplo de Diseño de un Reactor Batch
La zeolita es un conjunto de aluminosilicatos hidratados que es ampliamente utilizada como catalizador en la industria. Usualmente se sintetiza a partir desoluciones acuosas de silicato y 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 dealuminosilicato de sodio en forma de sustrato amorfo y una solución acuosa de NaOH. La reacción se efectúa en dos pasos y Liu describe la cinética como: − donde COH = concentración de ion hidróxido (kmol/m3) CZ =concentración de cristales de zeolita (kg/m3) CA = concentración de sustrato amorfo (kg/m3) 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 de este 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 tanque conteniendo 1 kg/m3 de zeolita y 24 kg/m3 de sustrato amorfo. (a) Determinar el tiempo de residencia necesario para llevar el sustrato amorfo de zeolita al 98% deconversión en un reactor batch perfectamente agitado. Considerar la operación isotérmica @ 100°C y una concentración de hidróxido de 1.5 kmol/m3. (b) Suponiendo que las condiciones de reacción son lasdescritas 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 son necesarios 30 min entre corridaspara remover el producto, limpiar el reactor y cargar los reactivos. La zeolita recirculada al reactor proviene de las 2 ton que se producen diariamente.
k1 k 2 C OH C A C Z dC A = dt k 3 C Z + (k 3+ 1)C A

Ingeniería de Reactores

33

M. A. Romero 2003

SOLUCION (a) El mecanismo de reacción según Liu, consiste en: Sólido amorfo → Especies solubles

donde el paso limitante es la...