CINÉTICA Y DISEÑO DE REACTORES Preparador. Carlos Rebolledo CLASE N° 12
Se ha encontrado que la reacción:
+ → ++ Es elemental, con coeficiente cinético k = 5,2 L/gmol∙h a 82 °C. Bas ándonos en
estos datos, hemos de construir una instalación piloto para determinar la viabilidad económica de producir etilenglicol, partiendo de dos alimentaciones disponibles: una con solución acuosa de bicarbonato sódico de concentración 15% en peso y otra con solución acuosa de etilenclorhidrina de concentración 30% en peso. ¿Qué tamaño de reactor de mezcla completa se necesita para producir 20 kg/h de etilenglicol con una conversión de 95% para una alimentación equimolar, obtenida por mezcla íntima de cantidades apropiadas de las dos corrientes disponibles? ρsolA = ρsolB = 1,02 g/mL
Solución: Bicarbonato sódico: A Etilenclorhidrina: B Etilenglicol: C C A0, CB0 =? 0
15% de A
Mezclador
F
CSTR
I
20 kg/h de C VR =? II
PMA = 84 kg/kgmol PMB = 80,45 kg/kgmol PMC = 62 kg/kgmol
30% de B
Flujo molar de C:
ṁ F ̇ = PM kg 20 F ̇ = kgh =0,323 kgmol h 62 kgmol
Flujo molar de A en la corriente 0: Por estequiometría (balance):
F ̇ = F ̇A ∙ xAf Despejando:
Ḟ A = xF ̇ Af kgmol 0,323 F ̇A = 0,95 h =0,34 kgmol h
Flujo molar de A en la corriente I: Por balance de moles:
F ̇A = F ̇AI =0,34 kgmol h
Concentración de A en la corriente I: Tomando B.C: 100 g de solución
Moles de A:
mAI = 15 g ms = 100 g mAI nAI = PM A nAI = 8415 gg = 0,17857 gmol gmol
Volumen de solución:
Vs =
100 g = 0,09804 L g 1000 mL 1,02 mL ∙ 1 L
Concentración de A:
CAI = VnsAI gmol =1,8214 gmol CAI = 0,17857 0,09804 L L
Flujo volumétrico de la corriente I:
FAI = CAI ∙ Q ̇I Despejando:
Q ̇I = CFAIAI kgmol 0,34 L h Q ̇I = =186,67 h 1,8214∙10− kgmol L
Flujo molar de B en la corriente I y II: Por ser equimolar:
F ̇A = F ̇B Por balance de masa:
F ̇B = F ̇BII
Concentración de B en la corriente II:
Al proceder de igual modo como se realizó con A:
CBII =3,8036 gmol L
Flujo volumétrico de la corriente II:
kgmol 0,34 L h Q ̇II = =89,40 h 3,8036∙10− kgmol L
Flujo volumétrico de la corriente 0:
Q ̇ = Q ̇I + Q ̇II = 276,059 Lh
Concentración de A en la corriente 0:
F CA = Q̇ Ȧ kgmol 0,34 h =1,232∙10− kgmol CA = L 276,059 Lh
Concentración de A en la corriente F:
CAf = CA ∙ 1 xAf 10,95 CAf =1,232 ∙ =0,0616
Concentración de B en la corriente 0:
F CB = Q̇ Ḃ kgmol 0,34 h =1,232∙10− kgmol CB = L 276,059 Lh
Concentración de B en la corriente F:
CBf = CA ∙ (θB ba ∙ xAf ) 10,95 CBf =1,232 ∙ =0,0616
Volumen del reactor
VR = rFAA| ∙ xAf VR = k ∙ CFAf A∙ CBf ∙ xAf gmol 340 h VR = ∙0,95= , gmol L 5,2 gmol∙h ∙(0,0616 L )