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TORRES CARDENAS RAUL JERSON

ING QUIMICA

SOLUCIONARIO DEL EJERCICIO 1 La hidratación del 1-hexeno (con un punto de ebullición de 336K) a 2-hexanol (P.E de 413k) se lleva a cabo en un reactor discontinuo adiabático. 𝐻2 𝑆𝑂4

𝐶6 𝐻12 + 𝐻2 𝑂 →

𝐶6 𝐻!3 𝑂𝐻

El reactor se carga con 1000kg de una solución al 10% de conversión en peso de 𝐻2 𝑆𝑂4 y 200kg de 1-hexeno a 300K suponiendo que las capacidades caloríficas de los reactantes y de los productos no varían con la temperatura, el calor de la reacción del mismo modo no varía con la temperatura y la presencia del 𝐻2 𝑆𝑂4 es ignorada en el cálculo de las capacidades caloríficas determinar el tiempo necesario el 50% de conversión y la temperatura del reactor en ese momento. Data Cp 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 − 𝑘 43.8 16.8 54

COMPUESTO 1-HEXENO H20 2-HEXANOL

𝑘 = 104 exp (

∆Hf° 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 − 𝑘 -10 -68 -82

−104 ) [=] (𝑠 −1 ) 𝑅𝑇

𝑅 = 1.987

𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 − 𝑘

SOLUCIÓN 𝐻2 𝑆𝑂4

𝐶6 𝐻12 + 𝐻2 𝑂 →

𝐶6 𝐻!3 𝑂𝐻

A partir del tipo de reactor determinamos el balance de materia 𝑥𝐴 =

𝑁𝐴0 − 𝑁𝐴 𝑁𝐴0

𝑁𝐴 = 𝑁𝐴0 . (1 − 𝑥𝐴 ) 𝑑𝑁𝐴 = −𝑁𝐴0 . 𝑑𝑐𝑡𝑒 − 𝑁𝐴0 𝑑𝑥𝐴 𝑑𝑁𝐴 = −𝑁𝐴0 𝑑𝑥𝐴 −

𝑁𝐴0 𝑑𝑥𝐴 = (−𝑟𝑎 )𝑉 𝑑𝑡 𝑑𝑡 1 = 𝑁𝐴0 𝑑𝑥𝐴 (−𝑟𝑎 )𝑉 𝑑𝑡 𝑁𝐴0 = … . (1) 𝑑𝑥𝐴 (−𝑟𝑎 )𝑉

𝑑𝑁𝐴 = (−𝑟𝑎 )𝑉 𝑑𝑡

A partir del tipo de reactor determinamos el balance de materia

𝑑𝑡 𝐶𝐴0 = 𝑑𝑥𝐴 (−𝑟𝑎 )

𝑑𝑇 ∆𝐻𝑟 . 𝑁𝐴0 =− … . . (2) 𝑑𝑥𝐴 𝑚𝑡 𝑐𝑝

Determinamos el número de moles en función de la variable independiente que es la conversión 𝐹 = 1000𝑘𝑔 𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 10% 𝑑𝑒 𝐻2 𝑆𝑂4 900kg de agua y 100kg de 𝐻2 𝑆𝑂4 𝑁𝐻2𝑂 =

900 200 . 103 + 𝑥103 . 𝑥 18 84

𝑁𝑛−𝐻𝐸𝑋 = 200. 103 (1 − 𝑥) 𝑁𝑛−𝐻𝐸𝑋𝐴𝑁𝑂𝐿 = 200. 103 (𝑥) Para determinar el cp de la reacción 𝐶𝑝 = ∑ 𝑛𝑐𝑝𝑚 𝑝𝑟𝑜𝑑 − (∑ 𝑛𝑐𝑝𝑚 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡) Para determinar la entalpia de reacción ∆𝐻𝑅 = ∑ 𝑐𝑜𝑒𝑓. 𝐻°𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − (∑ 𝑐𝑜𝑒𝑓. 𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ) ∆𝐻𝑅 = 1 ∗ (−10) − [1 ∗ (−68) − 1 ∗ (−82)] Determinando el Nao 𝑁𝐴𝑂 =

200. 103 84

PARA EL BALANCE DE ENERGIA Determinando la velocidad de reacción ∆

𝑎𝐴 → 𝑏𝐵 𝑟 = 𝑘[𝐴]𝑎 − 𝑘[𝐵]𝑏 𝑟𝐴 = 𝑘[𝐴]1 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑜𝑟𝑑𝑒𝑛 𝑟𝐴 = 104 exp ( 𝑑𝑡 = 𝑑𝑥𝐴

−104 ) 𝐶𝐴0 . (1 − 𝑥) 𝑅𝑇 𝐶𝐴0

−104 (−104 exp ( 𝑅𝑇 ) 𝐶𝐴0 . (1 − 𝑥))

𝑑𝑡 = 𝑑𝑥𝐴

1 −104 (−104 exp ( 𝑅𝑇 ) (1 − 𝑥))

Determinando los datos por el método de range kutta 𝑦𝑖+1 = 𝑦𝑖 + ℎ[𝜑(ℎ; 𝑡𝑖 ; 𝑦𝑖 )] siendo la ecuación de segundo orden por análisis de métodos numéricos

disp('============TAIPE ZEVALLOS ANGELICA===============') disp('===============RUNGE KUTTA==================') disp('============PROBLEMA DE CLASE===============') syms x w t %data %Cp=43.8cal/gk %FAo=421.51 lbmolC6H12/h %Ft=1369.86 lbtotal/h %M=5.84 lb/lbtotal %calor de reaccion=-52256 cal/molC6H12 %segunda euacion diferencial %dz/dx=Fa0/(densidad*Ac*rp) %FA0=421.51 lbmol C6H12/h %D=83.5 lb/ft^3 %diametro=1 pulg ; %Ac=pi/(4*D^2) %constante k=1.17*10^6*exp(-9716/T) %ecuacion de rp=k*pC6H12^0.341*pH2O^0.672 n=input('ingrese el numero de iteraciones='); To=336; T=To+2102.48*x; Cf=926.24/(1.17*10^6*exp(-9713/T)*(14*((4-2/3*x)/(13x/5)))^0.341*(14*((1-x)/(13-x/5)))^0.672)-w; f=inline(Cf); Xff=0.99; x0=0; w0=0; h=(Xff-x0)/n; i=1; fprintf('n CONVERSIÓN(x) TEMPERATURA(T) TIEMPO(t) \n') fprintf('%i %6.7f %10.11f %13.14f \n' ,i-1 , x0 , w0 ) while i