Ejercicios Resueltos de Ingeniería de las Reacciones Quimicas

Ingeniería de las Reacciones Químicas 2
Versión 2010
REACTORES NO ISOTÉRMICOS
1. Se desean producir 1000 Kg/h de una solución de ácido acético (HAc) al 40% en peso por
hidrólisis de anhídrido acético (AAc) en un RCAI cilíndrico con relación H/D = 1, utilizando una
corriente de alimentación a 20 °C.
AAc + H2O

2 Hac

Diseñe el sistema considerando tres posibilidades:
1.- Operar elreactor en forma isotérmica.
2.- Operar el reactor a 50 °C.
En los casos 1 y 2, para mantener la temperatura se utiliza una camisa enfriada con agua. Se
supone que la temperatura en el interior de la camisa es de 15 °C constante y el coeficiente
2
global de transferencia de calor es de 225 Kcal/m h°C.
3.- Operar el reactor en forma adiabática.
En todos los casos la conversión debe ser del 95%.Indique cuál es la opción más conveniente teniendo en cuenta los siguientes costos:
A = costo/volumen de reactor = $ 700/m
2
B = costo/área de camisa = $ 50/m
2
C = costo/área de aislación = $ 25/m

3

Datos adicionales:
-1

log10(k) = 7.551 – 2495.109/T k en min , T en K
Densidad de la solución = 1.027 kg/L, constante
Calor específico medio de la solución = 0.860 kcal/L°C

AAcH2O
HAc

Peso Molecular
102.1
18
60.1

Calor de formación a 298K
-155.15 kcal/mol
- 68.30 kcal/mol
-116.20 kcal/mol

2. La reacción elemental reversible en fase líquida A ↔ B tiene lugar en un RCAI de 2 litros
con un caudal de 200 mL/min. La capacidad calorífica es de 1000 cal/L.K independiente de la
temperatura.
CAo = 1 mol/L
-1
k1 = exp(17.5 – 11500/RT) min
-1
k2 = exp(36.0 –29800/RT) min (T en K, R = 2 cal/mol.K)
a) Para el v0, ¿cuánto debe valer la temperatura de entrada al reactor si se desea que
el mismo opere a la temperatura que asegura la máxima conversión? (Reactor
adiabático).
b) Si el reactivo entra a 300 K, ¿qué v0 es necesario para obtener una producción de
B de 0.30 mol/min? El reactor continúa trabajando adiabáticamente.
3. La reacción A → B , conrB = CA.exp(14 - 7000/T) (T en K, rB en mol/L.min), se lleva a cabo
en un reactor tubular de 1000 L con un caudal volumétrico es de 100 L/min. La concentración
de entrada de A es CAo = 20 mol/L. Otros datos son:
∆H = 1.5 kcal/mol
CpA = CpB = 0.02 kcal/mol.K

Ingeniería de las Reacciones Químicas 2
Versión 2010
a) Hallar la temperatura isotérmica necesaria para obtener una conversión finaldel 90%.
b) Hallar la temperatura a la que debe entrar la mezcla reaccionante a fin de alcanzar XAf = 0.9
trabajando adiabáticamente. La máxima temperatura que puede soportar el reactor es de 550
K.
c) ¿Qué conversión se alcanzaría en un RCA adiabático de 1000L con el mismo caudal
volumétrico y temperatura de entrada calculada en la parte b)?
4.
La reacción en fase líquida A + 2B
C cuyaecuación cinética responde a la expresión
rA = k.CA.CB (mol A/L.min) se lleva a cabo en una batería compuesta por dos RCAI adiabáticos
en serie. Se dispone de los siguientes datos:
V = 1200 L c/u
v0 = 80 L/min
∆H = -20 kcal/mol A, constante
CAo = 1 mol/L
CBo = 3 mol/L
CP = 1.1 Kcal/L.K, constante
k = exp(18.90 – 8000/T), (T en K, k en L/mol.min)
La corriente reaccionante se obtiene de unproceso anterior a una temperatura de 350K. La
máxima temperatura de operación es de 400 K. ¿A qué temperatura debe ser precalentada la
alimentación para obtener una conversión del 94% en A a la salida de la batería?
5. La reacción A + B → C +D se lleva a cabo en dos reactores continuos agitados en serie.
La reacción es de primer orden respecto a cada reactivo. La alimentación contiene uninerte S.
Las temperaturas y composiciones son las indicadas a continuación:
Tent = 200°C
CAo = 0.6 mol/L
CBo = 1.1 mol/L
CCo = 0.0 mol/L
CDo = 0.0 mol/L
CSo = 20.0 mol/L

T final = 500°C
CAf = 0.1 mol/L.
CBf = 0.6 mol/L
CCf = 0.5 mol/L
CDf = 0.5 mol/L
CSf = 20.0 mol/L

El calor de reacción a 200°C es de -30.1 kcal/mol para la reacción tal cual está escrita. Cada
reactor tiene un...