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• jorge

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1.

Sistemas con reacción química – dos reactores En la figura 1 se muestra un sistema que consiste de dos reactores químicos con recirculación en el que se lleva a cabo una reacción isotérmica irreversible del tipo: 𝑘

𝐴→𝐵 de orden 1.8, con respecto al reactante 𝐴. a) Con los datos que se proporcionan abajo, calcule la concentración del reactante 𝐴 en los reactores 1 y 2 (𝐶𝐴1 y 𝐶𝐴2 , respectivamente) en mol/L, una vez alcanzado el régimen permanente o estado estacionario. b) Comentarios. Datos: F = 5 L/min FR = 10 L/min V1 = 80 L V2 = 40 L

CA0 = 1 mol/L k = 0.2 (L/mol)0.8 (min-1)

Figura 1. Reactores químicos con recirculación.

2.

Evaporación instantánea de una mezcla binaria Una cámara de evaporación instantánea opera a -10 °C y 101.3 kPa para separar 1000 kmol/h de una alimentación 𝐹, que contiene 50% mol de propano y 50% mol de n-butano. Como resultado de esta operación se desea saber si se genera dos corrientes, una de vapor 𝑉 y la otra de líquido 𝐿.

a) A partir de la ecuación de Rachford-Rice: 2

(𝐾𝑖 − 1)𝑧𝑖 𝑉 𝑓( ) = ∑ =0 𝑉 𝐹 𝑖=1 1 + (𝐾𝑖 − 1) 𝐹 y los datos para cada componente: 𝒊

𝒛𝒊

𝑲𝒊

Propano

1

0.50

3.3

n-butano

2

0.50

0.70

Componente

b) Calcular 𝑉 y 𝐿 en kmol/h, si 𝐹 = 𝑉 + 𝐿. c) Calcular las composiciones de cada uno de los componentes en las corrientes de líquido y vapor, si 𝑧𝑖 𝐾𝑖 𝑧𝑖 𝑥𝑖 = 𝑦𝑖 = 𝑉 𝑉 1 + (𝐾𝑖 − 1) 1 + (𝐾𝑖 − 1) 𝐹 𝐹 d) Comentarios. 3.

Sistema con reacción química – cuatro Cuatro tanques reactores (𝑇𝑅𝑠) están conectados de acuerdo a la figura 3, y en cada uno se 𝑘

lleva a cabo la reacción 𝐴 → 𝐵. a) Determine la concentración de 𝐴 en g/m3 en la corriente de salida de cada tanque reactor. b) Comentarios.

Suposiciones:    

Estado estacionario Reacción en fase líquida La velocidad de desaparición de 𝐴 está dado por 𝑟𝐴 𝑖 = 𝑉𝑖 𝑘𝑖 𝐶𝐴1.8 𝑖 La reacción en cada tanque reactor se realiza a temperatura constante, por lo que 𝑘𝑖 = 7 m2.4.g-0.8.h-1 y 𝑉𝑖 = 10 m3.

Figura 3. Esquema de los cuatro tanques reactores. 4.

Sistema de columnas de destilación Se presenta un problema de balances de materia de un proceso en estado estacionario sin recirculación. Según la disposición de la figura 4 se presenta la separación del para-xileno, estireno, tolueno y benceno con un sistema de columnas de destilación.

Figura 4. Sistema de columnas de destilación a) Calcule el flujo molar en kmol/min de 𝑅, 𝑆, 𝑇y 𝑈. b) Comentarios.