Ingenieria Quimica

TEMA 3. REACTORES PARA REACCIONES HOMOGÉNEAS ISOTÉRMICAS

1.- (Levenpiel-5.3) En un reactor discontinuo se planifica la conversión de A en R. La
reacción se efectúa en fase líquida: la estequiometría es A → R y la velocidad de
reacción es la que corresponde a la tabla. Calcúlese el tiempo que ha de reaccionar cada
carga para que la concentración descienda de CA0 = 1,3 mol/litro a CA = 0,3mol/litro.
C A (mol/litro) . -r A (mol/L·min)
0.10
0.1
0.20
0.3
0.30
0.5
0.40
0.6
0.50
0.5
0.60
0.25
0.70
0.1
0.80
0.06
1.00
0.05
1.30
0.045
2.00
0.042

Solución:

dC A
Fase líquida: −
= (− rA )∴ t = −
dt

CA

∫

C A0

dC A
− rA

Representando (1/-rA) vs CA e integrando gráficamente o numéricamente se obtiene el
tiempo necesario.
C A (mol/litro) . -r A(mol/L·min) 1/-r A
0.10
0.1
0.20
0.3
0.30
0.5
0.40
0.6
0.50
0.5
0.60
0.25
0.70
0.1
0.80
0.06
1.00
0.05
1.30
0.045
2.00
0.042

(L·min/mol)
10.00
3.33
2.00
1.67
2.00
4.00
10.00
16.67
20.00
22.22
23.81

25

1/(-r A) (min·L/mol)

20

15

10

5

0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

CA (mol/litro)

Integrando por el método de los trapecios
CA(mol/litro) . -rA (mol/L·min) 1/-rA (L·min/mol)
0.10
0.1
10.00
0.20
0.3
3.33
0.30
0.5
2.00
0.40
0.6
1.67
0.50
0.5
2.00
0.60
0.25
4.00
0.70
0.1
10.00
0.80
0.06
16.67
1.00
0.05
20.00
1.30
0.045
22.22
2.00
0.042
23.81
Total t (min) ≈

Superficie

0.18
0.18
0.30
0.70
1.33
3.67
6.33
12.70

2.- (Levenspiel-5.4) Calcúlese el tamaño del reactor de flujo enpistón para alcanzar la
conversión del 80% con una alimentación de 1000 mol de A/hora (CA0 = 1,5 mol/litro)
para la reacción A → R con los datos de la tabla:
C A (mol/litro) . -r A (mol/L·min)
0.10
0.1
0.20
0.3
0.30
0.5
0.40
0.6
0.50
0.5
0.60
0.25
0.70
0.1
0.80
0.06
1.00
0.05
1.30
0.045
2.00
0.042

Solución:

dC A
Fase líquida: −
= (− rA )∴τ = −
dτ

CA

∫

C A0dC A
− rA

Representando (1/-rA) vs CA e integrando gráficamente o numéricamente se obtiene el
tiempo espacial necesario.
C A (mol/litro) . -r A (mol/L·min) 1/-r A
0.10
0.1
0.20
0.3
0.30
0.5
0.40
0.6
0.50
0.5
0.60
0.25
0.70
0.1
0.80
0.06
1.00
0.05
1.30
0.045
2.00
0.042

(L·min/mol)
10.00
3.33
2.00
1.67
2.00
4.00
10.00
16.67
20.00
22.22
23.81

C A = C A0 (1− x A ) = 1,5M (1 − 0 ,80 ) = 0 ,30 M

25

1/(-r A) (min·L/mol)

20

15

10

5

0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

CA (mol/litro)

Integrando por el método de los trapecios
CA (mol/litro) . -rA (mol/L·min) 1/-rA (L·min/mol)
0.10
0.1
10.00
0.20
0.3
3.33
0.30
0.5
2.00
0.40
0.6
1.67
0.50
0.5
2.00
0.60
0.25
4.00
0.70
0.1
10.00
0.80
0.06
16.67
1.000.05
20.00
1.30
0.045
22.22
1.50
22.80
2.00
0.042
23.81
Total t (min) ≈

Superficie

0.18
0.18
0.30
0.70
1.33
3.67
6.33
4.50
17.20

F
1000mol·h −1
V = τ ·Q = τ · A0 = 17 ,2 min
= 191L
C A0
60 min h −1·1,5M

3.- (Levenspiel-5.5) Para la reacción A → R con los datos de la tabla:
C A (mol/litro) . -r A (mol/L·min)
0.10
0.1
0.20
0.3
0.30
0.5
0.40
0.6
0.50
0.50.60
0.25
0.70
0.1
0.80
0.06
1.00
0.05
1.30
0.045
2.00
0.042

a) Calcúlese el tamaño del reactor de mezcla completa necesario para alcanzar la
conversión del 75% con una alimentación de 1000 mol A/hora (CA0 = 1,2 mol/litro). b)
Repítase el apartado anterior si se duplica el caudal de alimentación, es decir, para tratar
2000 mol de A/hora (CA0 = 1,2 mol/litro). c) Si (CA0 = 2,4mol/litro), manteniendo la
alimentación de 1000 mol A/hora y concentración de salida, CA = 0,3 mol/litro.
Solución:
a)
C A = C A0 (1 − x A ) = 1,2 M (1 − 0 ,75) = 0 ,3M

τ=

C A0 − C A 1,2 M − 0 ,3M
F
1000mol·h −1
=
= 1,8 min ⇒ V = τ · A0 = 1,8 min·
= 25 L
−1
mol
− rA
C
60
min·
h
·
1
,
2
M
A
0
0 ,5
L·min

b)
C A = C A0 (1 − x A ) = 1,2 M (1 − 0 ,75) = 0 ,3M

τ=...