Reactores Reversibles

PROBLEMA 5
La reacción en fase gas 2A R se efectúa a 100º C y 1 atm de presión con una alimentación de 0.1 mol/min que consiste de 20% mol de A y 80% mol de un gas inerte. Para una conversión de60% trabajando adiabáticamente calcule:
a) El tiempo de reacción de un reactor intermitente (BATCH) a volumen constante para tal propósito.
b) El volumen de un reactor de mezcla completa (CSTR)con ese fin.
c) El volumen de un reactor tubular (PFR) para las mismas condiciones de alimentación pero la estequiometría es A R.
Datos adicionales:
CpA = 14.5 cal/mol oC
CpR = 12.3 cal/mol oCCpI = 14.5 cal/mol oC
HR(300 k) = -14500 cal/mol
k = 3.2476x106 EXP (-7000/T) con k=min-1 T=K

Solución:

Fase Gas
2 A R
T = 100º C
P = 1 atm
10 mol/L ? no importa
Yao = 0.2
Yio = 0.8Xa = 0.6 R.Lim .(A)
Adiabáticamente

a) tr batch =? V=cte
b) Vcstr V = var
c) Vpfr V= var

A R

a) BATCH

Cpa = 14.5 cal/moloC
Cpr = 12.3
Cpi = 14.5
HR(300o R) = -14500cal/mol exotérmico
k = 3.247x106 e(-7000/T) (=) min-1

tr = Cao (dXa/ -rA) lim 0Xa

-rA = kCao (1-Xa)

tr = Cao (dXa/kCao(1-Xa)) lim 0 Xa
****se eliminan los Cao

********se elimina eltérmino (Nro/Nao)

(1-Xa)Cpa + (Yio/Yao)Cpi + 1/2Cpr*Xa

(1-Xa)14.5 + 0.8/0.2(14.5) + 1/2(12.3)Xa

14.5 – 14.5Xa + 58 + 6.15Xa

72.5 – 8.35Xa

- 9490 – 16.7T/2 * dXa = -(72.5 – 8.35Xa)dTHR(T) = HR(TR) + (CpidT) lim TR T

Cpi = (1)(123) – (2)(14.5)

Cpi = -16.7

HR(T) = -14500 – 16.7(T -300)

HR(T) = -9490 – 16.7T

CSTR

V/Fao = Xa /-rA

-rA=kCao (1- Xa)/(1 + aXa)T/ToV= Fao (1 + aXa)TXa / (1 – Xa) kCaoTo-------------------(3)

a = 1-2/2 (0.2) = -0.1

Cao = Pao / RT = Pto Yao/ RT

Cao = (1) (0.2) / (0.08205) (373)
= 0.0065 mol/L

Tio (CpidT) –Fao HR (T) Xa /a = 0 lim TTo
(FaoCpa + FIoCpi) (To – T) = Fao HR (T) Xa/a
********FIo = 4Fao
Fao (Cpa + 4Cpi) (To – T) = Fao HR (T) Xa/2
**********se elimina Fao en ambos lados
(14.5 + 4...