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• Marizabel Veramendi Policarpio

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ANALISIS Y DISEÑO DE REACTORES II EXAMEN SEGUNDO PARCIAL – SEMESTRE I/2020

APELLIDOS Y NOMBRES………………………………………………………………. FIRMA:…………………..

FECHA:01/12/2020 Instrucciones:

a) Los datos se deben llenar en cada hoja de su solucionario con bolígrafo Azul, el cual también deberá estar firmado. b) El tiempo de duración de los exámenes será de 120 minutos, es decir, de 14:00 a 16:00 horas, una vez concluido el examen se tiene 10 minutos adicionales para poder escanear y convertir en un documento PDF, y el mismo deberá subirse al Classroom en el tiempo indicado, es decir, de 16:00 a 16:10 horas. c) No se aceptará para la recepción (del archivo de su solucionario PDF) por ningún otro medio que no se Classroom, es decir, no enviar por whatsapp. d) El archivo PDF deberá estar renombrado de la siguiente forma.

e) La omisión de cualquiera de los puntos restara su nota en menos 2 puntos, por cada inciso de la instrucción.

1. En un reactor tubular debe producirse etilenglicol mediante la conversión de óxido de etileno (OE) con agua. La máxima temperatura de operación debe ser 200 °C. OE y agua son alimentados al reactor en una proporción en peso de 1 a 9. La conversión en OE debe ser 99%. 𝐶2 𝑂𝐻4 + 𝐻2 𝑂 → 𝐶2 (𝑂𝐻)2 𝐻4 Considere los siguientes datos adicionales: 𝑟 = 𝑘𝐶𝑂𝐸 = 𝑘𝐶𝐴 𝑘 = 5.01𝐸6 ∗ 10−

3795 𝑇

(𝑠 −1 )

Δ𝑟 𝐻 𝑜 = −92.2 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑗 𝐶̂𝑃𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 4.19 𝐾𝑔−𝐾

𝜌𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 1 𝐾𝑔/𝐿 La velocidad de flujo en el reactor debe ser 1m/s.

a) Determine la conversión y temperatura como función del largo del reactor para operación adiabática. Calcule el largo del reactor tubular para alcanzar la conversión deseada (30 pts). b) La misma reacción será efectuada en el reactor tubular (D = 3 cm) con enfriamiento externo, 𝑈 = 0.5 𝐾𝑊/(𝑚2 − 𝐾). Determine la temperatura y conversión como función del largo del reactor para la temperatura media del fluido refrigerante 𝑇𝑎 = 440 𝐾. Calcule la máxima temperatura en el reactor (30 pts).

2. Suponga que algunos experimentos fueron conducidos para caracterizar el desempeño de un catalizador para una cierta reacción (𝐴 → 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠) que es de primer orden. Los siguientes datos se refieren a experimentos con diferentes tamaños de partículas catalíticas esféricas de diámetro Dp con CA = 0.025 mol/L. DP (mm) 0.1 0.5 1.0 5.0 10.0 20.0 25.0

(-rA)x104 (mol L-1s-1) 5.8 5.9 5.3 2.4 1.3 0.74 0.59

Determine lo siguiente: a) La velocidad de reacción intrínseca y su constante cinética k (10 pts). b) El factor de efectividad 𝜂 para las partículas de 1 mm, 5 mm, 20 mm y 25 mm (10 pts). c) El módulo de Thiele Φ para las partículas de 5 mm, 20 mm y 25 mm (10 pts). d) La difusividad efectiva De (10 pts).