Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Química e Ingeniería Química E.A.P. de Ingeniería Química Diseño de Reactores
Problemas del Libro de Levenspiel
Profesor
:
Dr. Raymundo Erazo
Alumno
:
Roy Jean Pierre Pierre Caballero Carrasco
Código
:
09070155
2013
25.1 Una carga de sólidos de tamaño uniforme se trata con un gas g as en un medio ambiente uniforme. El sólido se convierte para dar un producto no escamoso de acuerdo con el
modelo del núcleo que se encoge sin reaccionar. La conversión es aproximadamente de 7/8 para un tiempo de reacción de 1h y la conversión se completa en 2h. Indicar el mecanismo controlante de la velocidad. Solución: Datos:
O también
Evaluaremos los 3 posibles modelos para ver cuál de ellos es consistente con los datos reportados Dado que no se especifica la forma de los sólidos asumiremos que son esféricas. De la tabla 1 del capítulo 25.
Si la difusión a través de la película es la que controla:
Como no concuerdan, rechazamos este mecanismo
Si la difusión a través de la ceniza es la que controla:
De los datos
() ()
Se observa que concuerdan Probaremos también el tercer mecanismo
Si la reacción en la superficie es la que controla
()
Se observa que hay una coincidencia donde ambos mecanismos (ceniza y reacción) concuerdan con los datos. Del libro, las figuras 25.9 o 25.10 muestran que los datos fueron tomados en el punto preciso donde la curva de difusión a través de ceniza se interseca con la curva de reacción controlante
25.2 En un lugar sombreado, al final de Brown Street en Lewisburg, Pennsylvania, hay un monumento conmemorativo de la guerra civil: un general de bronce, un cañón de bronce que la leyenda de los estudiantes de licenciatura insiste en todavía puede disparar, y una pila
de balas de cañón de hierro. Cuando se construyó el monumento en 1868, la circunferencia de las balas de cañón era de 30 pulgadas. Hoy en día, debido al clima, la corrosión y a la limpieza que cada 10 años efectúan las autoridades, las balas de cañón tiene una circunferencia de 29.75 pulgadas. Calcular aproximadamente cuánto tiempo tardara en desaparecer por completo. Solución:
Asumiremos que la reacción química es la etapa controlante Para una partícula esférica
De donde obtenemos
25.3 calcula el tiempo necesario para quemar completamente partículas de grafito
3
(R0=5mm, =2.2 g/cm , k’’=20 cm/s) en una corriente con 8% de oxigeno. Para la elevada
velocidad de gas utilizada, suponer que la difusión a través de la película no ofrece resistencia alguna al transporte ni a la reacción. Temperatura de reacción =900ºC Solución: Este es el caso de partículas de tamaño decreciente, así que solo hay dos posibles resistencias: difusión a través de la película y reacción en la superficie De la tabla 1
Donde
Para la reacción
Reemplazando estas cantidades en la expresión de :
25.4 Se tuestan partículas esféricas de blenda de zinc con R=1mm en una corriente de 8% de oxigeno a 900ºC y 1 atm. La estequiometria de la reacción es:
Suponiendo que la reacción tiene lugar de acuerdo con el modelo del núcleo que se encoge sin reaccionar. Calcular el tiempo necesario para la conversión completa de una partícula y la resistencia relativa de la difusión a través de la capa de ceniza durante esta operación. Datos:
Constante de velocidad de la reacción, Para los gases en la capa de ZnO, Densidad del sólido,
Tener en cuenta que la resistencia de la película puede despreciarse sin problemas en tanto haya una capa de cenizas de espesor constante. Solución: De la tabla 1
Reemplazando valores
( )
Resistencia relativa en la capa de ceniza
Cuando se duplica el tamaño de una partícula de R a 2R, el tiempo para la conversión completa se triplica. ¿Cuál es la contribución de la capa de ceniza a la resistencia global para partículas de tamaño… 25.5
…R?
25.6
…2R?
Solución: Designemos con subíndice 1 a las partículas de tamaño R y con 2 a las de tamaño 2R Entonces tenemos:
…(0) Ahora
…(1) …(2) Pero
…(3) …(4) Así, de (3), (4), (0) y (1) se obtiene
…(5) De (1) y (5) obtenemos
O sea
Simplificando:
Si reemplazamos esta igualdad en la ecuación 34 del libro, observamos que la resistencia de la ceniza es igual a la resistencia de la reacción, por lo tanto, la capa de ceniza contribuye en un 50% a la resistencia global. Para el segundo caso de (3), (4), (0) y (1) se obtiene
…(6) De (6) y (2) obtenemos
O sea
Simplificando
Si reemplazamos esta igualdad en la ecuación 34 del libro, observamos que la resistencia de la ceniza es dos veces la resistencia de la reacción, por lo tanto, la capa de ceniza contribuye en un 66.6 % a la resistencia global.
