diseño reactor batch

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:
−

k1
k 2 C OH C A C Z
dC A
=
dt
k 3 C Z + (k 3+ 1)C A

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 = constantescinéticas
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 eltiempo de residencia necesario para llevar el sustrato amorfo de zeolita al 98%
de conversión en un reactor batch perfectamente agitado. Considerar la operación
isotérmica @ 100°C y una concentración dehidróxido de 1.5 kmol/m3.
(b) Suponiendo que las condiciones de reacción son las descritas anteriormente, determinar el
tamaño de reactor y el peso de carga necesario para producir zeolita a unmonto de 2,000
kg/dia. Solo se utilizará un reactor y son necesarios 30 min entre corridas para remover el
producto, limpiar el reactor y cargar los reactivos. La zeolita recirculada al reactor provienede las 2 ton que se producen diariamente.

Ingeniería de Reactores

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M. A. Romero 2003

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