PUNTO 2. El ftalato de dibutilo (DBP), un plasticante, tiene un mercado potencial de 12 millones de libras al año y se va a producir por reacción de nbutanol con ftalato de monobutilo (!BP)" #a reacción si$ue una ley de velocidad elemental y es catali%ada por &cido sulf'rico"
MBP + n −butano butanoll H 2 S O 4 DBP →
A + B → C
na corriente ue contienen !BP y butanol se va a me%clar con el catali%ador ( 2*) inmed inmedia iata tame ment nte e ante antes s de ue ue la corr corrie ient nte e entr entre e al reac reacto torr" #a concentración de !BP en la corriente ue entr a al reactor es de +"2 lbmolft-, y la velocidad de alimentación molar de butanol es cinco veces la de !BP" #a velocidad de reacción espec.ca a 1++/0 es 1"2 ft- lbmol"" e cuenta con un 345 de 1+++ $alones acoplado con euipo perif6rico disponible para su uso en este proyecto durante -+ d.as al año (operando las 2* oras al d.a)"
a) Deter Determin mine e la convers conversión ión de salid salida a del reactor reactor disponib disponible le si se requiere producir el 33% del mercado esperado de DBP. #a tasa especicada de producción de !BP en lb molora es7 lb ∗1 año año ∗1 día 30 dias ∗1 lbmol 24 horas lbmol 6 F c = 4 x 10 =19,98 278 lb h
El volumen del reactor, ue es un 345 en ft - es7 3
gal∗1 ft V =1000 = 133,7 ft 3 7,48 gal Debido a la relación7 F B 0=5 F A 0 C B0 ϑ =5 C A 0 ϑ C B0=5∗0,2
lbmol 3
ft
=1
lbmol 3
ft
Por la esteuiometria de la reacción7 F c = F A 0 =C A 0 ϑ 0
ϑ 0 =
F c C A 0
En un 3457 V =
F A 0 F A 0− FA
ϑ 0 =
−r A
=
! C A C B
=
C A 0 ϑ 0 !C A0 ( 1 − x )( C B 0−C A 0 )
V ! C A 0 ( 1− x )( C B 0−C A 0 ) C A 0
8$ualando ambas e9presiones7
V ! C A 0 ( 1− x )( C B 0−C A 0 ) F = c C A 0 C A 0
F c V CS"# $ C A 0
=C B 0 −C A 0 − CB 0 + C A 0 x 2
5eempla%ando7 19,98 133,7∗1.2∗0.2
=1−0,2 − + 0,2 2
tili%ando la función solver de la calculadora7 =0,3329
b)!u" conversión se lo#rar$a si se colocara un se#undo &T' de ( #alones en serie con el primero*
El balance molar en el reactor 2 es7 F A 1− F A 2+ r A 2 V 2=0
( F A − F A 0
V =
0
1 )−( F A 0− F A 0 2 )−r A 2 V 2= 0
F A 1− F A 2
−r A 2
= F A 0
2− 1
−r A 2
−r A 2=! C A 2= ! C A 0 (1 − 2 )
3ombinando ambas e9presiones7 V =
F A 0 ( 2− 1 ) ! C A 0 (1− 2)
=
ϑ 0 2− 1 !
(
1− 2
)
:ora se reempla%a7 % =
V 1 ϑ 01
3
=
133,7 ft
lbmol 19,98 h 0,2∗0,33
2=
1 + Da 1+ Da
=
1 + %! 1 + %!
=0,4416 h &
2=
0,33 + 0,4416 ∗1.2 1 + 0,4416 ∗1.2
=0,56
c) Para la misma temperatura de operación !u" volumen de &T' ser$a necesario para lo#rar una conversión del +,% con un -uo molar alimentado de /BP de ( lbmol0min*
El balance molar para el reactor 345 es7 F A 0− F A 0 (1 − ) −! C A 0 ( 1− x ) ( C B 0−C A 0 ) V =0
5eempla%ando y despe;ando el volumen7
V =
V =
F A 0 x $ C A 0 ( 1− ) ( C B 0−C A 0 )
lbmol ∗60 min min ∗0,85 1 1h 3
ft lbmol lbmol 1.2 ∗0,2 3 ( 1−0,85 ) ( 1− 0,2.0,85 ) 3 lbmol&h ft ft
3
V =1706,83 ft
