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Prácticas de Reactores Químicos en el Centro de Cálculo Temas 1 a 3 ♦* 2_234F Los datos de velocidad de la reacción A → B + C de desaparición isotérmica en fase gaseosa se muestran en la siguiente tabla: X -rA*

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.85

0.0053

0.0052

0.005

0.0045

0.004

0.0033

0.0025

0.0018

0.00125

0.001

3

*: mol/dm s

Los datos se midieron a 422.2 K, 10 atm. y la alimentación fue de v0= 6 dm3/s de una mezcla equimolar de A e inertes. Calcular: a) Cómo varía la velocidad de reacción con la conversión y representar dicha relación gráficamente. b) Representar gráficamente el volumen de reactor necesario para obtener una conversión del 80 % si es un CSTR. Calcular dicho volumen. c) bis. si es un PFR. d) Comparar los valores obtenidos en b) y c). ♦ 2_5F Comparación de volúmenes para CSTR en serie. ♦*Calcular los valores del factor pre-exponencial y la energía de activación de los siguientes datos experimentales y representar gráficamente el ‘ln k’ frente al inverso de la temperatura (ejercicio 3.1 del Fogler, p. 70). k (s-1) T (K)

0.00043 313

0.00103 319

0.0018 323

0.00355 328

0.00717 333

Temas 4 (Isotermos) – 5 – 6 ♦* Ejercicio 4-10 Fogler. ♦* Ejercicio 4-11 Fogler. ♦* Ejercicio 5-6 Fogler. ♦* Ejercicio 7-7 Fogler. Temas 7 – 8 (No isotermos) ♦* Ejercicio 8-5 Fogler. ♦*La descomposición de fosfina en fase gaseosa es irreversible y de primer orden: 4 PH3(g) -> P4(g) + 6 H2(g) En un reactor de flujo tubular se alimenta fosfina pura a 1 atm. adiabáticamente con una temperatura de alimentación de 953 K. La reacción es endotérmica y ΔH = 23900 J/molfosfina a 25 ºC. Las capacidades caloríficas molares son:

P4(g) cp= 25.1 + 0.004 T J/(molK) PH3(g) cp= 28 + 0.027 T J/(molK) H2(g) cp= 30.1 J/(molK) La constante de velocidad sigue la siguiente función de la temperatura:

ln k = 27.94 + 2 ln T −

43672 ; T(K) y k (s-1) T

¿Qué relación volumen a velocidad molar de alimentación (V/F0) se requiere para una conversión del 10 %? ¿Cuál sería el valor de V/F0 para la misma conversión y operación isoterma? ♦*Ejercicio 8-10 Fogler. ♦*Ejercicio 8-12 Fogler. ♦*Las siguientes reacciones elementales tienen lugar en fase líquida: (1) A→ B (2) 2A → C 3 en un reactor de flujo pistón de 100 dm , donde B es el producto que se desea obtener. El compuesto A se alimenta puro con un flujo de 40 mol/min y con una concentración de 4 mol/dm3. Si la alimentación se introduce a 450 K: a) Desarrollar el balance de energía en el reactor. Para ello partir de la ecuación para un reactor de flujo pistón: .

.

dF dH i dQ Ws − − ∑ i H i − ∑ Fi =0 dV dV dV i dV i b) Plantear las ecuaciones diferenciales a resolver que nos permiten conocer la evolución de las concentraciones y de la temperatura a lo largo del reactor. c) Explicar cómo se resolvería dicho sistema de ecuaciones y realizar una primera iteración.

Datos: c PA = c PB = 20 cal mol K ; c PC = 40 cal mol K ΔH Rx1 A = +10 000 cal mol; a 400 K ΔH Rx 2 A = −20 000 cal mol ; a 400 K cal con Ta = 400 K dm ⋅ min K = 0.05 min −1 a 400 K y energía de activación E = 10 000 cal mol

Ua = 100 k1 A

3

k 2C = 0.0005 dm 3 mol min a 400 K y energía de activación E = 19 000 cal mol Temas 10 – 11 ♦*Ejercicio 10-5 Fogler. ♦*Ejercicio 10-7 Fogler.