Valvulas

DISEÑO DE REACTORES

UNIDAD 6: DISEÑO DE REACTORES IDEALES ISOTÉRMICOS PARA REACCIONES SIMPLES
7.1. Reactor de Lote
7.2.1. Balance de Materia (Ecuación de Diseño)
7.2.2. Tiempo de Lote y Tiempo Muerto
7.2. Reactor Tubular de Flujo Pistón (RTFP)
7.3.3. Balance de Masa (Ecuación de Diseño)
7.3. Reactor Continuo deTanque Agitado (RCTA)
7.4.4. Balance de Masa (Ecuación de Diseño)

ESTUDIAR:
Hill, Capítulo 8, “Basic Concepts in Reactor Design and Ideal Reactor Models”
Levenspiel, Capítulo 5, “Reactores Ideales”
Rawlings y Ekerdt, Capítulo 4, “The Material Balance for Chemical Reactors”

Tarea # 1

1. The reaction of trimethylamine with n-propyl bromide gives a quaternary ammonium salt:N(CH3)3 + C3H7Br → (CH3)3(C3H7)NBr
Suppose laboratory results at 110◦C using toluene as a solvent show the reaction to be second order with rate constant k = 5.6 × 10−7 m3 mol−1 s−1. Suppose [N(CH3)3]0 =[C3H7Br]0 = 80 mol m−3.
Estimate the time required to achieve 99% conversion in a batch reactor.
2. En un reactor discontinuo se planifica la conversión de A en R. La reacción se efectúaen fase líquida; la estequiometría es A R; y la velocidad de reacción es la indicada en la siguiente tabla. Calcúlese el tiempo que ha de reaccionar cada carga para que la concentración descienda de CAo = 1.3 mol/litro a CAF= 0.3 mol./litro.


CA [mol/litro] | -rA [mol/litro.min] |
0.1 | 0.1 |
0.2 | 0.3 |
0.3 | 0.5 |
0.4 | 0.6 |
0.5 | 0.5 |
0.6 |0.25 |
0.7 | 0.10 |
0.8 | 0.06 |
1.0 | 0.05 |
1.3 | 0.045 |
2.0 | 0.042 |
3. En el laboratorio de catálisis heterogénea se llevó a cabo la oxidación húmeda de sulfuro de sodio en solución acuosa. La estudiante de posgrado Isabel Zermeño (Tesis de Maestría en Ingeniería Química, UASLP, 2008) obtuvo los siguientes resultados cuando hizo burbujear airecontinuamente a través de la solución de sulfuro a 95°C y 1 atm de presión:

t [min] | CS/CSo [mol/litro.min] |
0 | 1 |
1 | 1 |
2 | 1 |
4 | 1 |
6 | 0.94 |
8 | 0.88 |
10 | 0.76 |
12 | 0.67 |
14 | 0.50 |
16 | 0.44 |
18 | 0.34 |
20 | 0.24 |
22 | 0.17 |
24 | 0.15 |
26 | 0.11 |
28 | 0.09 |
30 | 0.07 |
32 | 0.04 |
34 | 0.03 |

Como se puede observar en losdatos, antes de 6 minutos no se observa ninguna reacción (tiempo muerto). Si se comienza a contar el tiempo de reacción a partir de 6 min y si se considera que la concentración inicial es de 13 ppm de sulfuro de sodio, a partir de estos datos calcula cuál sería el tiempo necesario para reducir la concentración de sulfuro de sodio de 14 ppm a 5 ppm a la misma temperatura y presión. El burbujeo de airepermite mantener una mezcla homogénea y una cantidad constante de oxígeno disuelto.
4. Leyes and Othmer studied the formation of butyl acetate in a batch-operated reactor at 100°C, with sulfuric acid as a homogeneous catalyst. The original feed contained 4.97 moles butanol/mole acetic acid, and the catalyst concentration was 0.032% by weight H2SO4. The following rate equation was found tocorrelate the data when an excess of butanol was used:
rA = -kCA2
where CA is the concentration of acetic acid in gram moles per millimeter, and r is the rate of reaction, in gram moles of acetic acid produced per milliliter per minute. For a ratio of butanol to acid of 4.97 and a sulfuric acid concentration of 0.032% by weight, the reaction-velocity constant was
k=17.4 cm3/(gmol)(min)
Densitiesof mixtures of acetic acid, butanol, and butyl acetate are not known. Reported densities for each of the three compounds at 100°C were
Acetic acid = 0.958 g/cm3
Butanol = 0.742
Butyk acetate = 0.796
Although the density of the reaction mixture varies with conversion, the excess of butanol reduces the magnitude of the change. Therefore, as an approximation, the density of the mixture was...