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• Jony Castiblanco

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Parte 2 La epoxidación de etileno se lleva a cabo usando un catalizador de plata dopado con cesio. 𝐶2 𝐻4 + 0,5𝑂2 → 𝐶2 𝐻4 𝑂 −𝑟1𝐸 =

𝑘1𝐸 𝑃𝐸 𝑃𝑜0,58 (1 + 𝐾1𝐸 𝑃𝐸 )2

A parte de la reacción deseada, también ocurre la combustión completa del etileno. 𝐶2 𝐻4 + 3𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 −𝑟2𝐸 =

𝑘2𝐸 𝑃𝐸 𝑃𝑜0,3 (1 + 𝐾2𝐸 𝑃𝐸 )2

Las unidades de las presiones parciales son atm. Los datos cinéticos son los siguientes: 𝑘1𝐸 (523𝐾) = 0,15

𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑚1,58 𝑘𝑔 𝑠

𝐸1 = 60,7

𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

𝐾1𝐸 = 6,5 𝑎𝑡𝑚−1

𝑘2𝐸 (523𝐾) = 0,088 𝐸1 = 73,2

𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑚1,3 𝑘𝑔 𝑠

𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

𝐾1𝐸 = 4,33 𝑎𝑡𝑚−1

Se alimentan 0,6 kmol h-1 de una mezcla que contiene 12% (mol) de oxígeno, 6% (mol) de etileno y el resto nitrógeno a una presión de 10 atm. El catalizador son partículas esféricas de 2,5 mm de diámetro, con una densidad aparente de 1000 kg m-3. Se propone hacer el dimensionamiento de un reactor de lecho fijo, en el que se tenga en cuenta la caída de presión, y un reactor de lecho fluidizado (mezcla perfecta con el catalizador suspendido), en el que no se tenga en cuenta la caída de presión, para la producción de óxido de etileno. Para el reactor de lecho fijo suponga que se dispone de tubería de 1” DN y que la fracción de vacíos en el lecho es igual a 0,42. Proponga diferentes alternativas, analice el efecto de la temperatura sobre la conversión del etileno, el rendimiento y la selectividad hacia el óxido de etileno, y la masa de catalizador. Analice los resultados, utilice gráficas para presentar los mismos.

Resolución: Variables de diseño Reactivo A Temperatura, T Presión de entrada, P0 Densidad del catalizador ρc Fracción vacía Φ Diámetro nominal del tubo Cedula del tubo

Mezcla con O2 y N2 523 K 10 atm 1000 kg/m3 0,42 1” 40

Composición de la mezcla C2H4 O2 N2

% mol 6 12 82

Condiciones de operación Alimento Reactor

0,6 kmol h-1 Lecho fijo

Información adicional y conocida Peso Molecular C2H4 O2 N2 CO2 H2O

28,05 32 28 44 18

R

8,2057*10-5 atm m3 mol-1 K-1

K1E K2E

6,5 atm-1 4,33 atm-1

E1 E2 k1E k2E

𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 𝑘𝐽 73,2 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑚1,58 0,15 𝑘𝑔 𝑠 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑡𝑚1,3 0,088 𝑘𝑔 𝑠 60,7