Problemas Reacciones Cataliticas

Departamento de química inorgánica e ingeniería química UCA

Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química. Área de Ingeniería Química

REACTORES QUÍMICOS PROBLEMAS

CURSO 2010/11

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Departamento de química inorgánica e ingeniería química UCA 1

PROBLEMAS DE CINÉTICA C1- Un motor cohete motor cohete quema una mezcla estequiométrica de combustible (H2 liq) en un medio oxidante (O2 liq). La cámara de combustión es cilíndrica de 75 cm de longitud y 60 cm de diámetro. Se producen Se producen 108 kg/s de gases de escape. Suponiendo la combustión total del H2, hallar la hallar la velocidad de reacción: a.- del hidrógeno b.- del oxígeno. C2- La ecuación estequiométrica de una reacción es Calcúlese el orden de la reacción.

A+B

—— >

C3- Una reacción cuya ecuación estequiométrica es 1/2 A + B tiene la ecuación cinética siguiente: (- r A A) = 2 C A A C B B

––—– >

2R R + R + 1/2 S



Dedúzcase la ecuación cinética para cinética para esta reacción, si la ecuación estequiométrica está escrita en la forma A + 2B ——— > 2R + 2R + S C4- Sea la reacción irreversible 2A + B ——— > A2B para la que se encuentra que la velocidad de formación del producto del producto se ajusta a la ecuación cinética: 2 A] [ B] 0, 72[ (r A2 B )  1  2[ A]

¿Qué mecanismo de reacción se sugiere para sugiere para esta expresión cinética, si la naturaleza química de la reacción indica que el producto el producto intermedio es una asociación de moléculas reactantes y que no tiene lugar reacciones lugar reacciones en cadena? C5- Se ha encontrado que la descomposición del óxido nitroso en fase homogénea viene dada por la por la ecuación estequiométrica: N2O ——— > N2 + 1/2O2 de ecuación cinética 2

( r N N 2O) 

k 1[ N 2 O]

1  k 2 [ N 2 O]

Dedúzcase un mecanismo que explique esta cinética.
















C7- El ácido hipofosforoso se transforma en ácido fosforoso por la acción de agentes oxidantes H 3 PO2

Agente > H 3 PO3 Oxidante

La cinética de esta transformación presenta transformación presenta las siguientes características: Para concentraciones bajas de agente oxidante (r H H PO ) = k[Ox][ H H 3 PO2 ] 3

3

Para concentraciones elevadas de agente oxidante + (r H PO ) = k [ H H ][ H H 3 PO2 ] 3

3

Para explicar las explicar las experiencias cinéticas se ha supuesto que con ion hidrógeno como catalizador el H3PO2 (normalmente no reactivo) se transforma en forma activa, cuya naturaleza se desconoce. Este producto intermedio reacciona con el agente oxidante y da H3PO3. Demuéstrese que este esquema explica los resultados cinéticos observados. C8- La ecuación cinética de una reacción es: 2

(- r A A) = 0,005 C A A mol/ cm3·min Calcúlese el valor numérico valor numérico y las unidades del coeficiente cinético, si la concentración se expresa en mol/litro y el tiempo en horas. C9- La ecuación cinética para cinética para una reacción en fase gaseosa a 400 K viene K viene dada por: dada por: dp A = 3 ,66 p 2 atm A dt a) Indíquese las unidades del coeficiente cinético. b) Calcúlese el coeficiente cinético para cinético para esta reacción, si la ecuación cinética viene expresada por: 2 ( - r A ) = - 1 dN A = k C A , mol/litroh V dt C10- A 1100 K el K el craqueo térmico del n-nonano es 20 veces más rápido que a 1000K. Hallar la Ea para esta reacción de descomposición.
















C12- Para la reacción química A ——— > R y teniendo en cuenta los datos tabulados, ¿es razonable representar la representar la relación velocidad-concentración por velocidad-concentración por una una expresión cinética de orden n?. En caso afirmativo hallar el hallar el orden de la reacción. CA

6,1

8,2

8,5

9,1

13,3

( -r A)

110

200

220

250

530

C13- Un hombre metódico todos los viernes por viernes por la la noche va a una casa de juego de juego con su sueldo semanal de 3000 3000 ptas.; ptas.; juega juega durante 2 horas a un juego un juego de azar; después marcha a su casa y le da a su familia el sueldo menos 750 750 ptas. ptas. Su modo de jugar de jugar se se puede puede predecir: predecir: Siempre apuesta cantidades proporcionales cantidades proporcionales al dinero que tiene, y, por tanto, por tanto, sus pérdidas sus pérdidas también son predecibles. son predecibles. La <> de pérdida>> de dinero es proporcional es proporcional al dinero que tiene. Esta semana recibió un aumento de sueldo y jugó durante 3 horas, llegando a su casa con la misma cantidad con que llegaba antes del aumento. Calcúlese el valor de valor de ese aumento. C14- Si (-r A) = 0,2 mol/L·s cuando CA = 1 mol/L, calcúlese la velocidad de reacción cuando CA= 10 mol/L. Nota: mol/L. Nota: Se desconoce el orden de reacción. C15- Para facilitar la facilitar la extracción de petróleo de petróleo y gas en yacimientos dolomíticos, se suele usar ácido clorhídrico para clorhídrico para disolver la disolver la dolomita (carbonato de calcio y magnesio). De esta forma se aumenta el tamaño de los huecos que contienen el petróleo el petróleo y se facilita su salida. La reacción que se produce se produce es la siguiente: 4HCl + CaMg(CO3)2



2+

2+

-

Mg + Ca + 4Cl + 2CO2 + 2H2O

En la siguiente tabla se recogen valores de velocidades iniciales de reacción junto reacción junto a los -3

2,00

4,00

7 -2 -1 0,36 0,74 1,20 1,36 (-rºHCl )·10 (mol cm s ) correspondientes valores iniciales de concentración de ácido clorhídrico:

2,00

CºHCl (mol dm )

0,10

0,50

1,00

Determínese la ecuación cinética. Téngase en cuenta que la cantidad de dolomita está en gran exceso respecto al ácido. C16- Se investiga la cinética de descomposición de A, en fase acuosa, en un sistema de dos
















C17- En una una polimeriza polimerización ción en fase gaseosa y a temperatura constante, desaparece el 20% de monómero en 34 minutos, partiendo minutos, partiendo de la concentración del monómero de 0,04 mol/L y también de 0,8 mol/L. Calcúlese la velocidad de desaparición del monómero. C18- En un reactor discontinuo, reactor discontinuo, un reactante (CAo = 1mol/L) alcanza la conversión del 80% en 8 minutos, y se necesitan 18 minutos para minutos para que la conversión sea del 90%. Dedúzcase una ecuación cinética que represente esta reacción. C19- En un reactor discontinuo reactor discontinuo se efectúa la reacción reversible de primer de primer orden orden en fase líquida: A  R, CAo = 0,5 mol/L, CRo = 0 Calcúlese la ecuación cinética de esta reacción, si en 8 minutos se alcanza una conversión del 33,3 % y la conversión de equilibrio es de 66,7 %. C20- Calcúlese el orden global de la reacción irreversible: 2H2 + 2NO  N2 + 2H2O a partir de partir de los siguientes datos a V = Cte, empleando cantidades equimoleculares de H2 y de NO: Ptotal(mmHg) 200 240 280 320 326 Periodo medio (s) 265 186 115 104 67 C21- La reacción en fase acuosa datos siguientes Tiempo (min.) CA (mol/L)

0 0,1823

A 36 0,1453

R+S

65 0,1216

transcurre de acuerdo con los

100 0,1025

160 0,0795



0,0494

CAo = 0,1823 mol/L CRo = 0 CSo =55 mol/L Dedúzcase su ecuación cinética. C22- Calcúlese el coeficiente cinético par cinético paraa la desaparición de A en la reacción de prim de primer er orden orden en fase gaseosa 2 A ——— > R si la pres la presión ión se mantiene constante y el volumen de la mezcla reaccionante disminuye el 20 % en 3 minutos, cuando la mezcla de parti de partida da contiene el 80 % de A
















the reactor is reactor is filled with pure with pure dimettyl ether. Time (s) p (mm Hg)

390 96

777 176

1195 3155  250 476 619

C24- Para la siguiente reacción de descomposición: CH3 O | || CH3 – C – CH CH2 – C – CH CH3 | OH

O || ———— > 2 CH3 – C – CH CH3 (KOH)

Se obtuvieron los siguientes datos en un dilatómetro: tiempo(s) altura(mm)

0 8

24,4 20

48 28

75,8 34

106,6 38

183,6 42



43.3

El cambio de altura en el líquido del tubo fue utilizado para utilizado para el seguimiento del progreso del progreso de la reacción. La reacción es esencialmente irreversible. Los datos anteriores se obtuvieron a 25 ºC. Determinar el Determinar el orden de reacción y evaluar la evaluar la constante de velocidad. C25.- Para la reacción del ácido sulfúrico con sulfato de dietilo en disolución acuosa: H 2 SO4  (C 2 H 5 )2 SO4  2C 2 H 5 SO4 H

Hellin y Jungers (1957) determinaron los datos siguientes, a 25 ºC: Tiempo Tiempo C2H5SO4H C2H5SO4H (min) (min) (mol/litro) (mol/L) 0 0 180 4,11 41 1,18 194 4,31 48 1,38 212 4,45 55 1,63 267 4,86 75 2,24 318 5,15 96 2,75 368 5,32 127 3,31 379 5,35 146 3,76 410 5,42 162 3,81 (5,80) 


















presión, presión, se evacua y se carga después con una mezcla de 76,94 % de reactante A y de 23,06 % de inertes a la pre la presión sión de 1 atm. La operación se efectúa a 14 ºC, temperatura suficientemente baja suficientemente baja para que la reacción no transcurra en extensión apreciable. La temperatura se eleva rápidamente a 100 ºC, sumergiendo la bomba bomba en agua hirviendo, obteniéndose los datos de la tabla de abajo. La ecuación estequiométrica es A ——  2R y después de un tiempo suficiente, la reacción se completa. Dedúzcase una unaecuación ecuación cinética que quese se ajuste a estos datos, expresando las unidades en mol, litro y minuto. t (min) t (min)  (atm)  (atm) 0,5 1,50 3,5 1,990 1,0 1,65 4,0 2,025 1,5 1,76 5,0 2,080 2,0 1,84 6,0 2,120 2,5 1,90 7,0 2,150 3,0 1,95 8,0 2,175

27- Se ha de producir ácido propiónico en un reactor de mezcla completa mediante la hidrólisis de su sal sódica. C2H5COONa + HCl  C2H5COOH + NaCl Se ha realizado una investigación de laboratorio en la que se han determinado las conversiones obtenidas para obtenidas para diferentes condiciones de alimentación: C'Ao = C'Bo = 5,4 molg/L (Concentraciones de propionato y ácido clorhídrico (en las corrientes de entrada al reactor). Volumen del reactor = reactor = 2 litros. qoA(L/min.)

0,52

0,104

0,03

0,005

0,00235

qoB(L/min.)

0,52

0,104

0,03

0,005

0,00235
















3

CAo = 2 mol-lb/ft . El caudal volumétrico perman volumétrico permanece ece constante. Los datos se recogen en la tabla adjunta. Verifíquense las ecuaciones de velocidad propuestas: velocidad propuestas: 

 r A   k 1C 

 r B   0,5k 1C 

y 

CA

10 20 40 100 450

1,000 0,780 0,592 0,400 0,200

 k 2C B

CB

8

0,4545 0,5083 0,5028 0,4000 0,1636

PROBLEMAS DE DISEÑO D1- Se han de obtener 100 obtener 100 molg por molg por hora hora de R a R a partir de partir de una alimentación constituida por constituida por una solución saturada de A (CAo = 0,1 mol/L) en un reactor de reactor de flujo de mezcla completa. La reacción es: r R R = (0,2 h-1) CA A ——— > R siendo El coste de reactante para reactante para CAo = 0,1 mol/L es: $A = 50 pta/mol 50 pta/mol de A. El coste del reactor incluyendo reactor incluyendo instalación, equipo auxiliar, instrumentos, gastos generales, mano de obra, amortización, etc. es: $m = 1 pta/h·L. pta/h·L. Calcúlese el tamaño de reactor, el caudal de alimentación y la conversión para conversión para las condiciones óptimas. ¿Cuál será el coste unitario de R para R para estas condiciones si se prescinde del componente A que no ha reaccionado? D2- Supongamos que todo el componente A del ejercicio 1 que no ha reaccionado se puede se puede recuperar de recuperar de la corriente del producto del producto y llevarlo a la concentración inicial de CA=0,1 mol/L a un coste total de $r = $r = 12,5 pta/mol 12,5 pta/mol de A. Con esta recuperación de A como corriente de recirculación, calcúlense las nuevas
















acetato de plata de plata = 0,01 mol/L Se obtiene una selectividad media a ácido benzóico ácido benzóico del 80 %. ―

―

―

Si se desea obtener una obtener una concentración de 90 g/L de ácido benzóico ácido benzóico (concentración máxima a la que dicho ácido permanece ácido permanece sin cristalizar) así como, una fabricación diaria de 50 kg de ácido benzóico, ácido benzóico, trabajando sólo 6 h/día, determinar: a) el tiempo de reacción necesario b) el tiempo en el que se ha de cargar, descargar y descargar y limpiar el limpiar el reactor c) el volumen de reactor necesario. reactor necesario. D4- Uno de los agentes absorventes mas utilizados en la petroquimica es el etielnglicol, la producción de éste utiliza como materia prima el óxido de etileno, este compuesto se obtiene a partir de la l a oxidación catalítica del etileno, con un sitema catalítico catalíti co de PdCl 2 y CuCl2 (=0.94 3 g/cm ), la reaccion principal de éste proceso es: C2H4 + H2O ——— > C2H4O…….(Hr = -58 kcal/mol) Y para producir etilenglicol es: C 2 H4 O + H 2 O

——— >

C2H4(OH)2

La oxidacion de etileno se da en un reactor catalitico de lecho fijo con una conversión máxima del 76%, la producción de etilenglicol tienen una conversión del 99%. Si se desea producir 0.5 tn/dia de etilenglicol. etilenglicol. Determinar el volumen volumen del reactor y la masa de catalizador catalizador necesario, necesario, para producir oxido de etileno etileno suficiente, si el reactor debe tener tener 1.5 m de diametro, operar operar a 10 atm y el etileno ingresa a 27 ºC. Ademas para la oxidacion: Donde: PE PO k a b

-r= k(PE)a(PO) b

[kmol etileno/h· kg·cataliz.]

: presion

parcial parcial de etileno (atm) presion :presion parcial parcial de oxigeno (atm) : 2954 29 540. 0.77 77·ex ·exp(p(-10 100. 0.9/ 9/T) T) : 1.5952-0.0024 :0.4102+0.005T :0.4102+0.005T

D5- Leyes y Othmer estudiaron la formación del acetato de butilo de butilo

reactor discontinu
















-b) determinar el determinar el tamaño del reactor y reactor y la cantidad original de reactivos que se deben cargar en cargar en él, para él, para producir producir el el éster a éster a una velocidad media de 100 lb/h. Se usará un reactor solamente, reactor solamente, el cual estará sin funcionar durante funcionar durante 30 minutos, entre cada operación, tiempo necesario para recuperar el recuperar el producto, producto, limpieza y arranque de nuevo. Considérese mezcla completa en el reactor y reactor y -c) ¿por qué ¿por qué se elige una conversión X = 0,5?. D6- La descomposición de la fosfamina en fase gaseosa homogénea transcurre a 650 ºC según la reacción: 4 PH3 (g) ——— > P4 (g) + 6H2 con ecuación cinética de primer de primer orden orden PH3) = (10 h )CPH3 (-r PH3 -1

Calcúlese el tamaño de reactor de reactor de flujo pist flujo pistón, ón, si las condiciones de operación son 650 ºC y 4,6 atm; la conversión ha de ser del ser del 80 % y la alimentación es de 1800 molg de fosfamina pura fosfamina pura por por hora. D7- En un reactor de mezcla completa (RMC), de volumen V = 1 litro, entra como alimentación 1 L/min de un líquido que contiene los reactantes A y B, con concentraciones CAo = 0,10 mol/L, CBo = 0,01 mol/L. Las sustancias reaccionan de una manera compleja para compleja para la que se desconoce la estequiometría. La corriente de salida del reactor contiene los componentes A, B y C con CAf = 0,02 mol/L, CBf = 0,03 mol/L, y CCf = 0,04 mol/L. Calcúlense las velocidades de reacción de A, B y C para las condiciones existentes en el reactor. D8- En un reactor de mezcla completa (V=0,1 litro) entra con caudal constante, una alimentación constituida por el reactante gaseoso puro A de CAo= 100 mmol/L y allí se dimeriza (2A —— > R). Calcúlese la ecuación cinética de esta reacción a partir de partir de los siguientes datos obtenidos experimentalmente para experimentalmente para distintos caudales de alimentación: nº de experiencia 1 2 3 4 qo, (L/h) 30,0 9,0 3,6 1,5 CAs, (mmol/L) 85,7 66,7 50 33,3
















Conocida la ecuación cinética: a) Dedúzcase la ecuación de diseño para condiciones isotérmicas con esta expresión cinética y una alimentación constituida por constituida por A, A, B, R e R e inertes. b) Indíquese cómo ha de ensayarse esta ecuación para ecuación para una alimentación equimolar de equimolar de A y B. D11- En presencia de agua y ácido clorhídrico (como catalizador), la velocidad de esterificación, en molg/L·min, del ácido acético y el alcohol etílico a 100 ºC, viene dada por dada por

r E = kCHCOH,

-4

k = k = 4,76·10 L/min·molg

La velocidad de la reacción inversa (hidrólisis del éster) con la misma concentración del catalizador es: catalizador es: -4 (-r E)= k´CECA, k' = 1,63·10 L/min·molg a) se carga un reactor con reactor con 100 gal de una disolución acuosa, conteniendo 200 lb de ácido acético, 400 lb de alcohol etílico y la misma concentración de catalizador que catalizador que se usó para usó para obtener las obtener las constantes de la velocidad de reacción. ¿Cuál será la conversión de ácido acético a éster después éster después de un tiempo de reacción de 120 min? Considere  = cte =8,7 lb/gal. Despreciar el agua evaporada. b) ¿Cuál es la conversión de equilibrio? D12- El ácido propiónico ácido propiónico es producido, es producido, en fase acuosa, por acuosa, por la la reacción C2H5COONa + HCl <=======> C2H5COOH + NaCl Se sabe que la cinética de la reacción es de segundo orden y reversible. Se realizó un experimento en discontinuo con cantidades equimoleculares de los reactivos, de forma que la concentración inicial de cada reactivo fue de 2,7 molkg/m3. La tabla siguiente muestra los resultados obtenidos para obtenidos para diferentes muestras tomadas a lo largo del tiempo _____________________ ________________________________ _______________________ ___________________ _______  tiempo (min.) 0 10 20 30 50 XProNa. (%) 0 39 55 64 72.5 80 _____________________ ________________________________ _______________________ ___________________ _______ Calcular un Calcular un reactor discontinuo, reactor discontinuo, que trabajando en las mismas condiciones en las que se han


















Suponiendo que cada reacción es linealmente dependiente de la concentración de los reactivos correspondientes, deducir el deducir el conjunto de ecuaciones que dan la distribución completa de productos en este reactor. Existen dos corrientes de alimentación, una de benceno de benceno puro puro y otra de ácido nítrico al 98 %. Suponer densidad Suponer densidad constante. D14- Se produce Se produce ftalato de dibutilo en un reactor continuo reactor continuo de mezcla completa a 112 ºC. La velocidad de formación del monoéster a monoéster a partir de partir de anhídrido ftálico y butanol es muy rápida, la etapa controlante, en presencia en presencia de ácido sulfúrico como catalizador, es la conversión del monoéster a monoéster a diéster. C6H4(COOC4H9)COOH + C4H9OH (A) (B)

——— >

La velocidad de reacción viene dada por dada por la la expresión: es la concentración del monoéster.

C6H4(COOC4H9)2 + H2O (-r A) = kCA2 molg/L·h

donde CA

El valor de la constante aparente de velocidad para una relación molar B/A=3, una concentración del catalizador igual catalizador igual al 2 % en peso en peso y una temperatura de 112 112 ºC, viene dada por:
















k = k = 0,7628·10(11,.695-4516/T) (L/molg·h)

donde T es la temperatura en K.

La concentración inicial del monoéster es monoéster es de 2,84 molg/L y la densidad de la mezcla de reacción es de 0,984 kg/L. a) En un reactor de MC de 1,1 m de diámetro interno y 1,6 m de altura, con un caudal volumétrico de 10 L/min., encontrar la encontrar la conversión conseguida en el reactor ideal reactor ideal de MC. Si la conversión conseguida en la práctica la práctica es del 68,5 %, justificar %, justificar las las discrepancias. b) Si la producción la producción deseada del diéster es diéster es de 10 Tm/día, ¿se puede ¿se puede conseguir este conseguir este objetivo con la planta?, la planta?, si no, ¿cómo se podría se podría conseguir? D15- La hidrólisis del anhídrido acético: (CH3CO)2O + H2O

——— >

2CH3COOH

es de pseudo de pseudo primer primer orden orden cuando se realiza con una concentración en anhídrido acético menor de, aproximadamente, 0,2 M, entre 10 y 40 ºC. La constante cinética para la desaparición del anhídrido en una solución diluida a 25 ºC es 0,155 min-1. La energía de activación es 10,6 kcal/molg (R=1,987 cal/molg·K). a) Calcular un Calcular un reactor de reactor de FP para FP para producir producir 200 200 kg/h de ácido acético a 35 ºC y con una conversión del 95 % a partir de partir de una alimentación 0,07 M en anhídrido. b) Suponiendo que no se supiera el valor de la constante cinética ni el de la energía de activación, pero activación, pero sí los resultados de un experimento de laboratorio que se recogen en la tabla
















D17- Se desea llevar a llevar a cabo la reacción de primer de primer orden orden A R en un reactor discontinuo operando isotérmicamente. Se pretende Se pretende obtener 5890,5 obtener 5890,5 moles de R por día por día con una conversión del 99 % del reactante A alimentado. La operación de carga y de calefacción del reactor hasta reactor hasta la temperatura de reacción requiere 0,38 h, y descargarlo y prepararlo para prepararlo para la siguiente carga requiere otras 0,9 h. Calcular el Calcular el volumen de reactor necesario reactor necesario sabiendo que en las condiciones de reacción la constante cinética vale 0,015 min-1, que la alimentación es reactante A puro (CAo= 8,5 mol A/L) y que el reactor puede puede trabajar como trabajar como máximo 13 h/día. D18- Se desea llevar a llevar a cabo la deshidrogenación de etano a etileno C2H6

C2H4 + H2

en un reactor de reactor de flujo pistón flujo pistón isotérmico a 750 ºC y 1 atm. de presión. de presión. La constante cinética -1 varía con la temperatura según la expresión k(s ) = 0,602·1015exp(-35970/T); el tiempo espacial es  = 4 s. Si la alimentación es etano puro, etano puro, calcular la calcular la conversión obtenida. Comparar el Comparar el resultado con el obtenido despreciando la expansión molar. D19- Una reacción de isomerización de primer de primer orden orden A B es irreversible y se lleva a cabo en fase líquida en un reactor discontinuo. reactor discontinuo. Calcular el Calcular el volumen de reactor y reactor y el 4 número de cargas necesarias para una producción anual de 10 kg de B. (La planta es operativa durante 300 días (7200 h) en el año). Datos: Tª de reacción = 150 ºC















Departamento de química inorgánica e ingeniería química UCA  (min)

CA mmol·L

-1

11,4 43

20,2 36

31,7 32

46,7 28

90,9 21

14

D22- La hidrólisis de la sacarosa se lleva a cabo en tres tanques iguales de mezcla completa en serie. H+ C12H22O11 C6H12O6 + C6H12O6 H2 O (G) (F) La reacción es de primer de primer orden orden y la constante k = k = 0,042 min-1. Calcular la Calcular la conversión que se 3 alcanza, si el volumen de cada tanque es 1,8 dm y el caudal de alimentación 0,6·10-3 m3/min. D23- Aplicación de la reacción de Diels-Alder a Diels-Alder a la reacción de but de butadie adieno no con etileno en un reactor homogéneo reactor homogéneo de flujo pistó flujo pistón. n. Se sabe que el 1,3-butadieno (A) reacciona con etileno (B) en fase gaseosa y a temperatura superior a superior a 400 ºC, vía reacción Diels-Alder, para Diels-Alder, para dar ciclohexeno dar ciclohexeno (C). CH2=CH-CH=CH2 + C2H4

C6H10

Si se alimenta un RFP con una alimentación equimolecular de equimolecular de 1,3-butadieno y etileno, a 450 ºC y 1 atm, calcular el tiempo espacial () necesario para necesario para convertir el convertir el 10% de butadieno de butadieno a ciclohexeno, mediante una operación isotérmica
















La reacción es de orden cero, la concentración de A es 2 mol/dm3, y el sistema contiene el 40 % de inertes. La constante de velocidad es 0,1 mol/(dm3·min). Calcular el Calcular el tiempo necesario para necesario para alcanzar una alcanzar una conversión del 80 % en: a) Un reactor discontinuo reactor discontinuo a volumen constante. b) Un reactor discontinuo reactor discontinuo a presión constante. Para un caudal volumétrico de 2 dm3/min, calcular el calcular el volumen del reactor y reactor y el tiempo espacial necesario para necesario para alcanzar la alcanzar la conversión del 80 % en: c) Un reactor continuo reactor continuo de tanque agitado. d) Un reactor de reactor de flujo pist flujo pistón. ón. D26- La hidrólisis de un éster se éster se realiza en un tanque agitado en el que entran dos corrientes, una de éster con éster con un caudal de 9 L·s-1 y una concentración de 0,02 molg·L-1 y otra de sosa cáustica con un caudal de 1 L·s-1 y concentración de 1 molg·L-1. La reacción, con una cinética de 2º orden, es: R-COO-R’ + NaOH ——— > R-COONa + R’OH El valor de valor de la constante cinética es k = k = 0,03 m3·molkg-1·s-1 a) Determínese el volumen del tanque para tanque para obtener una obtener una conversión del 40 %. b) Si la corriente producto corriente producto del reactor anterior reactor anterior se se utiliza como alimentación para alimentación para un segundo reactor de reactor de mezcla completa, ¿cuál sería el volumen necesario de este segundo tanque, para tanque, para conseguir al conseguir al final una conversión total del 80 %. c) Analice la diferencia de volumen entre ambos reactores.


















D28- Se desea diseñar un diseñar un reactor continuo reactor continuo de tanque agitado para agitado para pro produc ducir ir 200 200millones millones de libras de etilenglicol al año hidrolizando óxido de etileno. Previamente, y paradeterminar para determinar la la cinética de la reacción, se realizó un experimento de laboratorio en un reactor discontinuo. reactor discontinuo. Se mezcló 500 mL de una disolución 2 M de óxido de etileno en agua con 500 mL de agua, conteniendo un 0,9 % en peso de ácido sulfúrico que actúa como catalizador. La reacción elemental irreversible que ha de considerarse es la siguiente: O CH2 – CH CH2 + H2O (A) (B)

H2SO4 ———— >

CH2OH – CH CH2OH (C)

La temperatura se mantuvo a 55 ºC. La concentración de etilenglicol se midió en función del t(min)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

6,0

10,0
















3NaOH + (C17H35COO)3C3H5 A B

——— >

3C17H35COONa + C3H5(OH)3 C D
















D31- Se efectúa la descomposición reversible en fase gaseosa de tetróxido de dinitrógeno N2O4, para dar dióxido dar dióxido de nitrógeno NO nitrógeno NO2, a temperatura constante. La alimentación consiste en N en N2O4 puro a 340 K y 2 atm. La constante de equilibrio Kc a esta temperatura es 0,1 molg/dm3. a) Calcule la conversión de equilibrio de N de N2O4 en un reactor discontinuo reactor discontinuo a V=cte. b) Calcule la conversión de equilibrio de N de N2O4 en un reactor de reactor de flujo. c) Suponiendo que la reacción es elemental, expresar la expresar la velocidad de reacción en función de la conversión para conversión para ambos tipos de reactores. D32- Determine el volumen de reactor de reactor de flujo pistón flujo pistón necesario para necesario para producir producir 300 300 millones de libras de etileno, C2H4, al año año por por pirólisis pirólisis de una corriente de alimentación de etano puro etano puro C2H6. La reacción es elemental e irreversible. Queremos lograr una lograr una conversión del 80 % del etano, operando isotérmicamente a 1100 K y K y a una una presión presión de 6 atm. Datos: k = k = 0,072 s-1 a 1000 K; Ea = 82 kcal/molg; R = R = 1,314 (ft3·atm/mollb·K).
















es elemental con coeficiente cinético k = k = 5,2 L/mol·h a 82 ºC. Basándose en estos datos, ha de construirse una una planta planta piloto piloto para para determinar la determinar la viabilidad económica de producir de producir etilenglicol, etilenglicol, a partir de partir de la mezcla de una disolución acuosa de bicarbonato de bicarbonato del 15 % en peso en peso con otra de etilenclorhidrina del 30 % en peso. Calcule el volumen de reactor de flujo pistón que producirá 200 kg/h de etilenglicol con una conversión del 95 % para una alimentación equimolar y equimolar y suponiendo que la densidad, tanto de las disoluciones de partida de partida como de la 3 mezcla reaccionante, vale 1,12 g/cm . Repetir los Repetir los cálculos para cálculos para un reactor de reactor de mezcla completa. D35- La reacción elemental en fase gaseosa (CH3)3C-OO-C(CH3)3

—— >

C2H6 + 2CH3COCH3

se efectúa isotérmicamente en un reactor de flujo sin caída de presión. La velocidad de reacción específica, a 50 ºC, es de 10-4 min-1 y la energía de activación es 85 kJ/mol. El peróxido de diterbutilo puro diterbutilo puro entra en el reactor a reactor a 10 atm y 127 ºC con una velocidad de flujo molar de molar de 2,5 mol/min. Calcule el volumen de reactor y el tiempo espacial necesarios para
















b.2) Para un RCMC con la misma alimentación de 10 mol-lb/min.


















D38- Un líquido A se descompone de acuerdo con una cinética de primer de primer orden, orden, efectuándose la conversión del 50% de A en 5 minutos. Calcúlese el tiempo adicional necesario para necesario para que la conversión sea del 75%. D39- Repítase el problema el problema anterior, si la cinética es de segundo orden.
















asociación de reactores formada por formada por uno uno de mezcla completa al que le sigue uno de flujo pistón; ambos son de igual volumen. Calculad la concentración de A a la salida del segundo reactor si reactor si la concentración a la salida del primero del primero es de 1 mol L-1. La reacción es de primer de primer orden. D46- En un reactor de flujo pistón se lleva a cabo la reacción en fase gaseosa de descomposición del ácido fórmico:
















Calculad el caudal de alimentación necesario para necesario para convertir el convertir el 80 % de una alimentación de
















-1

CAo = 10 mol L , en un reactor de reactor de mezcla completa y cuyo volumen es 250 L. D50- Se desea llevar a llevar a cabo la reacción irreversible en fase gaseosa A + B  R + R + S, cuya ecuación cinética es (-r A) = kCACB. El reactor que reactor que se va a utilizar es utilizar es de tipo pistón tipo pistón con un -1 volumen de 100 L. Las condiciones de trabajo son: PT = 1 atm, T = 160 ºC, k = k = 250 L mol-g -1 -1 min . El caudal molar total molar total de alimentación es F0 = 87 mol-g min y dicha alimentación está constituida por constituida por un un 40 % de A y un 60 % de B.
















1.5

siguiente ecuación cinética: (-r A)=k(CA)

D55- En un reactor discontinuo reactor discontinuo adiabático se lleva a cabo una reacción irreversible de primer de primer de orden en fase líquida. El coeficiente cinético es: K=4.48*106exp(-15000/RT) s-1. Calcular el Calcular el tiempo de reacción para reacción para alcanzar una alcanzar una conversión del 80%.


















obtener una obtener una conversión del 40%?



































































































Problemas Reacciones Cataliticas

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