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INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS MATERIAL PREPARADO POR: MSC. LUYELIS RODRÍGUEZ GUÍA DE EJERCICIOS RESUELTOS REACTOR TANQUE AGITADO CON FLUJO CONTINUO EJERCICIO 1 (problema 5.11, página 114 Levenspiel 3ª Edición) La enzima E cataliza la fermentación del sustrato A (el reactivo), obteniéndose R. Halle el tamaño del reactor mezcla completa requerido para el 95% de conversión de una corriente de alimentación (25 L/min) de reactivo (2 mol/L) y enzima. La cinética de la fermentación a esta concentración de enzima viene dada por: (

→

⁄(

))

Datos:

Solución: Se parte de la ecuación de diseño para el Reactor tanque agitado continuo ideal: ( ) Evaluando los datos que se tienen se trabajará con la siguiente sección de la ecuación: (

)

Se despeja V: (

)

( ) Como se trata de un sistema de reacción a densidad constante: ( ) ( ( [

(

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Facilitadora: MSc. Luyelis Rodríguez

))]

( [

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EJERCICIO 2 (problema 5.12, página 114 Levenspiel 3ª Edición) Una solución acuosa (400L/min, 100 mmol de A/L, 200 mmol de B/L) va a ser convertida en producto en un reactor de mezcla completa. La cinética de la reacción está representada por:

Halle el volumen del reactor requerido para alcanzar 90% de conversión Datos: ⁄ ⁄

⁄ ⁄

⁄ (

)

Solución: Se parte de la ecuación de diseño para el Reactor tanque agitado continuo ideal: ( ) Evaluando los datos que se tienen se trabajará con la siguiente sección de la ecuación: ( ) Como se trata de un sistema de reacción a densidad constante: ( ) ⁄ ( ) ⁄ (

) ⁄ ⁄

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Facilitadora: MSc. Luyelis Rodríguez

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EJERCICIO 3 (problema 5.16, página 115 Levenspiel 3ª Edición) El reactivo gaseoso A se descompone como sigue: Halle la conversión de A que se obtiene en un reactor de mezcla completa de 1 m 3 que se alimenta con una corriente que contiene 50% de A y 50% de inertes ( ⁄ ⁄ ). Datos: ⁄

⁄

Solución: Como es un sistema gaseoso se verifica si se trata de un sistema a densidad constante o variable, para ello se determina Δn, si éste es igual a cero la densidad es constante, si es diferente de cero la densidad es variable. ∑

∑

Se parte de la ecuación de diseño para el Reactor tanque agitado continuo ideal: ( ) Evaluando los datos que se tienen se trabajará con la siguiente sección de la ecuación: ( ) ( ) (

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)( )( )

) (

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(

)

)

Se resuelve aplicando ecuación de segundo grado: √ Se obtienen dos resultados: Obviamente la conversión no puede ser un número negativo, entonces el resultado es: Facilitadora: MSc. Luyelis Rodríguez

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EJERCICIO 4 La reacción irreversible elemental en fase líquida se desarrolla isotérmicamente en un reactor de mezcla completa de 2 litros de volumen. Calcule la velocidad de reacción de A y de C necesaria para conseguir una conversión del 75% de A. Al reactor ingresan 4 mol/min de A, con una concentración inicial de A de 2 mol/L. Datos: ⁄

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Solución: Se parte de la ecuación de diseño para el Reactor tanque agitado continuo ideal: (

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Evaluando los datos que se tienen se trabajará con la siguiente sección de la ecuación: ( (

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Por estequiometria: ( (

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⁄ EJERCICIO 5 La reacción de descomposición de segundo orden en fase gaseosa homogénea se realiza isotérmicamente. La constante cinética de la reacción a la temperatura de operación es 4,5 L/(mol.min). El reactor se alimenta con un caudal de 3 L/min, cuya concentración inicial de A es 1 mol/L. Calcule el volumen del reactor, el tiempo espacial y el tiempo de residencia para conseguir una conversión del 80% en un reactor tanque agitado continuo. Datos: ⁄(

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Solución: Como es un sistema gaseoso se verifica si se trata de un sistema a densidad constante o variable, para ello se determina Δn, si éste es igual a cero la densidad es constante, si es diferente de cero la densidad es variable. ∑

∑

Se parte de la ecuación de diseño para el Reactor tanque agitado continuo ideal: (

)

Evaluando los datos que se tienen se trabajará con la siguiente sección de la ecuación: (

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(

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Como la reacción es de segundo orden:

(

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)( )( )

( (

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⁄ ) ⁄ )(

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