El Alquimista

1. Se desea levar a cabo la reacción:
A(g) + B(s) → D(g) + C(s)
En un reactor de lecho móvil en el cual el gas y el sólido se procesan en co-corriente. La corriente de gas es A puro. Se han de procesar 50kg /min de sólido B y se pretende una conversión del 99% del mismo.
Se poseen los siguientes datos:
qG= 2*105 cm3/s dp= 04 cm P=20 atm ε=0,4 CB=0,04166 gmol/cm3 PMB= 120g/molDA=2,192*14-4 cm2/s ks=2,454*107e-ERT cm/s con E=30000cal/mol
La resistencia en la película gaseosa es despreciable.
Calcular:
a) Volumen de reactor necesario trabajando en forma isotérmica a 400°C.
b) Volumen de reactor necesario trabajando en forma isotérmica a 420°C.
Para el cálculo evaluar la concentración de A de salida y realizar los cálculos con un valor promedio de laconcentración A.
Solución:
a)
CAEntrada=20 atm∙10,082 L∙atmgmol∙°K∙673°K×1000 cm31 L
CAEntrada=3,62×10-4 gmolcm3
CASalida=CAEntrada∙1-xB | |
CASalida=3,62×10-4 gmolcm3∙1-0,99=3,62×10-6 gmolcm3
CAg=CAentrad.+CAsalida2 | |
CAg=3,62×10-4+3,62×10-62=1,828×10-4 gmolcm3
τCeniza=ρB∙R26b∙Def∙CAg
τCeniza=0,04166 gmolcm3∙0,2 cm26∙1∙2,192×10-4 cm2s∙1,828×10-4 gmolcm3=6931,24 s
tCeniza=6931,24 s∙1-3∙1-0,9923+2∙1-0,99=6104,7 s
kS=2,454×107∙exp-30000 calgmol2 calgmol°K∙673°K cms=5,13×10-3 cms
τReacción=0,04166 gmolcm3∙0,2 cm1∙5,13×10-3 cms∙1,828×10-4 gmolcm3=8884,96 s
tReacción=8884,96 s∙1-1-0,9913=6970,75 s
tTotal=tCeniza+tReacción
tTotal=6104,7 s+6970,75 s=13075,45 s=217,92 min
Para el cálculo del volumen del reactor se tiene:V=FTotal∙tTotal=FA+FB∙tTotal | |
V=2×105 cm3s×60 s1 min+50 kg Bmin×1 kgmol B120 kg B×1 cm30,04166 gmol×1000 gmol1 kgmol∙217,92 min×1 m3100 cm3
V= 2617,10 m3
b)
CAEntrada=20 atm∙10,082 L∙atmgmol∙°K∙693°K×1000 cm31 L=3,52×10-4 gmolcm3
CASalida=3,52×10-4 gmolcm3∙1-0,99=3,52×10-6 gmolcm3
CAg=3,52×10-4+3,52×10-62=1,7776×10-4 gmolcm3
τCeniza=0,04166 gmolcm3∙0,2 cm26∙1∙2,192×10-4 cm2s∙1,7776×10-4gmolcm3=7127,76 s
tCeniza=7127,6 s∙1-3∙1-0,9923+2∙1-0,99=6277,65 s
kS=2,454×107∙exp-30000 calgmol2 calgmol°K∙693°K cms= 9,7625×10-3 cms
τReacción=0,04166 gmolcm3∙0,2 cm1∙9,7625×10-3 cms∙1,7776×10-4 gmolcm3=4801,25 s
tReacción=4801,25 s∙1-1-0,9913= 3766,85 s
tTotal=6277,65 s+3766,85 s=10044,5 s=167,4 min
V=2×105 cm3s×60 s1 min+50 kg Bmin×1 kgmol B120 kg B×1 cm30,04166 gmol×1000 gmol1kgmol∙167,4 min×1 m3100 cm3
V= 2010,14 m3

2. En una planta se realiza una oxidación en exceso de aire (21% en volumen de O2) a una temperatura de 827°C. El reactor opera en forma continua y tiene mezclado perfecto. La reacción es:
A(s) + O2(g) → DO2(g) + B(s)
Las partículas son aproximadamente esféricas, de 5mm de radio y densidad de 1,9g/cm3. El tiempo de residencia de las partículas sólidas esde 700 s. La composición del gas puede considerarse constante y uniforme en todo el reactor.
Se ha determinado que la velocidad de consumo del sólido en las condiciones mencionadas se puede expresar como:
(-1/Sext)(dNB/dt)=(4,32*1010/T0,5)exp(-40000/RT)CAG
Se ha planteado la alternativa de cambiar la materia prima disponible por otra que presenta la siguiente distribución:

Datos deradio y porcentaje de sólidos
R(mm) | 0,5 | 1 | 2 | 2,5 | 10 |
% | 14 | 34 | 40 | 10 | 2 |

Se desea:
a) Qué tipo de control existe para el sistema analizado en las condiciones descritas?
b) Qué conversión se alcanza en el reactor en operación?
c) Qué conversión se alcanzaría cambiando la materia prima por la propuesta como alternativa sin modificar otrascondiciones operativas?
d) Compare y analice los resultados de b) y c).
Solusión:
a)
Para temperatura de 827℃ y tamaño de partícula de 10 mm:
kG=DR∙y | |
Se conoce que la difusividad del oxígeno en aire a 827℃ se puede determinar por medio de la siguiente ecuación:
D=0,00107-0,000246∙1PMA+1PMB∙T3/2∙1PMA+1PMBPT∙rAB2∙fkTεAB |
| |
Donde:
T = temperatura absoluta
PMA y PMB son las...