SITUACIÓN No 3: 5.11. En un reactor experimental de mezcla, se estudio la descomposición en fase acuosa de
A ,
obteniéndose los resultado de la Tabla 5-P11, correspondientes a experiencias en estado estacionario. Calcúlese el tiempo de residencia necesario para obtener la conversión del 75% del reactante con una alimentación C A0 = 0,8 mol/litro: a) En un reactor de flujo en pistón b) En un reactor de mezcla completa.
Tabla 5-P11 Concentración de A, mol/litro A la entrada En la salida 2,00 0,65 2,00 0,92 2,00 1,00 1.00 0,56 1,00 0,37 0,48 0,42 0,48 0,28 0,48 0,20
Tiempo de residencia (s) 300 240 250 110 360 24 200 560
Información suministrada: y
eacción R eacción
de descomposición
y
Fase
y
Estado estacionario
y
75% conversión de A
y
CA0 = 0,8
acuosa
Calcular: Tiempo de residencia
y
R eactor eactor
de flujo en pistón (RFP)
y
eactor R eactor
de mezcla completa (RMC)
Tiempo de residencia (t) Es el el tiempo necesario para que que se alcance una conversión conversió n X A, en condiciones de operación isotérmicas o no isotérmicas.
Tiempo de espacial () Tiempo necesario para tratar un volumen de alimentación igual al volumen de reactor, medido en condiciones determinadas
La
información dada dice que la reacción ocurre en fase acuosa, es decir los reactivos son
líquidos, por lo tanto el tiempo de residencia es igual al tiempo espacial , para ambos reactores.
1. Reactor de flujo en pistón (RFP) Se
caracteriza porque el flujo del fluido a su través de el es ordenado, sin que ningún
elemento del mismo sobrepase o se mezcle con cualquier otro elemento situado antes o después de aquél; en realidad, en este reactor puede haber mezcla lateral de fluido, pero nunca ha de existir mezcla o difusión a lo largo de la trayectoria de flujo.
La
condición
necesaria y suficiente para que exista flujo en pistón es que el tiempo de residencia en el reactor sea el mismo para todos los elementos del fluido. La
ecuación de diseño para RFP
Ec. 5-19 de Levenspiel
Para resolver esta integral se pueden utilizar 3 métodos: analítico, gráfico o numérico. Para este caso se descarta la primera opción, debido a que se desconoce el orden de la reacción y por ende la ecuación adecuada para sustituir en
; sin embargo se tiene una tabla de
datos experimentales que son muy útiles en el desarrollo gráfico o numérico.
La
representación grafica de la ecuación de diseño es de la siguiente manera
Método Se
gráfico
desea conocer el área bajo la curva ().
De la tabla 5-P11 se pueden calculan los valores exper imentales de
, utilizando la
ecuación de diseño para un reactor de mezcla completa:
Despejando
Completando en la tabla se obtiene C Ao (m ol/L) C A (mol/L)
t (s)
í r A (mol/L*s) 1/í r A (L*s/mol)
2,00
0,65
300
0,0045
222
2,00
0,92
240
0,0045
222
2,00
1,00
250
0,004
250
1,00
0,56
110
0,004
250
1,00
0,37
360
0,00175
571
0,48
0,42
24
0,0025
400
0,48
0,28
200
0,001
1000
0,48
0,20
560
0,0005
2000
Altura Promedio=
614
Tiempo de residencia t (s) 2500
2000
1/-rA (L*s/mol)
1500
1000
500
0 0.2
0.28
0.37
0.42
0.56
0.65
0.92
1
Concentración de Reactivo A CA (mol/L)
Método
numérico
Del apéndice A.3 del libro
PRINCIPIOS ELEMENTALES DE LOS PROCESOS
QUIMICOS 2ed de FRELDER ROUSSEAU, se utiliza la ecuación A.3-2 de evaluación numérica de integrales R EGLA TR APEZOIDAL
Obteniendo un valor de
Para realizar el cálculo se utilizo la herramienta Excel ejercicio 3.xlsx
2.
Reactor de mezcla completa (R MC)
Es el reactor en el que su contenido está perfectamente agitado, y su composición en cada instante es la misma en todos los puntos del reactor. Por consiguiente, la corriente de salida de este reactor tiene la misma composición que la del fluido contenido en el mismo La
ecuación de diseño para RMC
Ec. 5-13 de Levenspiel
Para conoce la cantidad de CA se realiza un balance molar en estado estacionario
Se
conoce lo que se convierte de
, por lo tanto
De tal modo que lo que sale es:
. Este se puede obtener de la tabla de datos experimentales para C = 0,2 mol/ , donde Para aplicar la ecuación de diseño aun falta el valor de L
A
R ealizado Martínez
Sotillo
por:
Nury
Ubencio
