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• Daniel Bedoya

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1) calcule el peso de catalizador necesario para alcanzar una conversión de 60% cuando se produce oxido de etileno (C2H4O) por oxidación catalítica en fase de vapor de etileno con aire. El etileno (A) y el oxigeno (B) se alimentan en proporción estequiométrica a un reactor de lecho empacado que opera isotérmicamente a 260|°C. El etileno se alimenta a razón de 0.3lbmol/s y 10atm.se propone usar 10 bancos de tubos de 100 tubos cada uno datos del problema µ =0.0673 lbm /ft.h

Ac = 0.01414ft2

shc 40 11/2pul

gc = 32,174 lbm.ft/lb.s2=4.17*108 lbm.ft/lb.h2

ᵨ

o

=0.413 lbm/ft3

ᵨ

r´A =kpA1/3pB2/3

k= 0.0141lbmol/atm. lbcat. h

c

=120lb/ft3

particulas ¼”

ø=0.45

a

260°C Nota: suponga que FT=FTO ¿Qué implicaciones resultado final? dp/dw

tiene esto en el

Solución Reacción

1 C2 H 4 + O2−−−−−C 2 H 4 O 2

Tabla estequiometrica � = FAOX/|1| FA=FAO – � FB=FBO – 0.5�; pero FBO=0.5FAO Fi = FiO = FBO (0.79/0.21)= 3.76FBO FT= 3.38FAO – 0.5�

FA=FAO - FAOX FB=0.5FAO – 0.5FAOX Fi = 3.76FBO =3.76(0.5FAO)=1.88FAO FT=3.38 FAO – 0.5 FAOX

Cabe recordar que en esta reacción entra un inerte ya que se alimenta aire y este está conformado en su mayoría de nitrógeno y oxígeno, el nitrógeno actúa como inerte ya que no reacciona pero de todas forma debe tenerse en cuenta por que afecta la composición global de la corriente. La respectiva composición del aire es 0.21 oxigeno y 0.79 de nitrógeno.

Ya que la reacción que se estudia se lleva a cabo en fase gaseosa se debe tener cuenta la variación de la densidad del gas, a lo largo del lecho catalítico ya que en este caso la operación no es isobárica y se presenta una caída de presión que afecta a la densidad, por lo cual es necesario incluir un balance de cantidad de movimiento para encontrar dicha relación, en este caso la ecuación que se utilizara es la ecuación de Ergun que es muy práctica y fácil de resolver en ciertas ocasiones. Ecuación de gases ideales y la relación entre los 2 estados (entrada-salida) p o v o F ¿ RTO = pv F T RT Si la operación estudiada es isotérmica nos queda de la siguiente forma v F P v= o T 0 F¿ P

v=

v o F AO ( 3.38−0.5 X ) P0 3.38 F AO P

Haciendo uso de la tabla estequiometrica tenemos lo siguiente F A F AO (1−X ) = v v

F B 0.5 F AO (1−X ) = v v

En términos de concentración CA=

3.38 F AO (1−X ) P v o (3.38−0.5 X ) P0

C B=

1.69 F AO (1−X ) P v o (3.38−0.5 X ) P0

De acuerdo a la cinética de la reacción se expresara en términos de la presión parcial de cada componente PA=

3.38 P A O ( 1−X ) P ( 3.38−0.5 X ) P0

PB =

1.69 P AO (1− X ) P (3.38−0.5 X) P0

Tomando la expresión para la cinética y remplazando tenemos lo siguiente −r A=K P A1 /3 PB2 /3

−r A=K

(

3.38 P AO (1−X ) P (3.38−0.5 X ) P0

−r A=

2.13 KP AO (1−X ) P (3.38−0.5 X ) P0

−r A=

0.63 KP AO (1−X ) P (1−0.15 X) P0

1/3

)(

1.69 P AO (1− X) P (3.38−0.5 X) P0

Ecuacion de diseño para un PFR

2 /3

)

ΔW

F ( W ) −F ( W + ΔW ) + ∫ r A dW = 0

dNA dt

Suposiciones : estado estacionario y que la velocidad de reacción no varía con la posición La expresión queda de la siguiente manera F ( W ) −F ( W + ΔW )=−r A ΔW Aplicación del criterio de derivada

(

❑

F ( W )−F ( W + ΔW ) =−¿ r A ΔW lim ¿

)

∆V →0

−dF =−r A dW

;

En términos de conversión queda de la siguiente

manera −F AO

dX =r A dW

; Donde

−r A=K P A1 /3 PB2 /3

si expresamos de velocidad de reacción en términos de la conversión y la combinamos con la ecuación de diseño nos queda de la siguiente manera.

F AO

dX 0.63 KP AO (1−X ) P = dW (1−0.15 X) P O

Dada la suposición que FT=FT0 el problema tiene una solución analítica ya que el producto 0.15*X