1 PROBLEMAS TEMA 14 Problema 1 En un reactor de flujo en

Problemas Tema 14. Reactores Químicos
PROBLEMAS TEMA 14
Problema 1
En un reactor de flujo en pistón, un reactivo gaseoso puro A, se descompone
siguiendo una cinética de primer orden, según la reacción:
A → 4R
En las condiciones de operación, la conversión alcanzada resulta ser del 50 %. Si
dichas condiciones se mantienen, determinar: a) el aumento de conversión cuando se
utiliza un reactor cinco veces mayor que el original; b) la disminución relativa del
caudal de alimentación para que se consiga una conversión del 75 %, utilizando el
mismo reactor original.
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Problema 2
Un compuesto A puro (cA0=1 mol/l) se dimeriza en un reactor de mezcla
completa de 10 litros de capacidad de acuerdo con la siguiente reacción en fase líquida:
2A → B
Para investigar su cinética se han utilizado diferentes caudales molares de
alimentación, FA0, determinándose las correspondientes concentraciones de salida cA.
Los resultados son los siguientes:
FA0 (mol/h)
cA (mol/l)
12
0,22
25
0,30
58
0,42
90
0,49
150
0,57
300
0,69
Determinar la ecuación cinética de esta reacción de dimerización.
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Problema 3
Se ha estudiado la reacción de craqueo térmico de etano a etileno, en fase
gaseosa, en un reactor discontinuo de volumen variable, a 800 ºC y 5 atm. Durante la
reacción, además de etileno e hidrógeno, se producen otros compuestos, si bien la
reacción puede establecerse como:
C2 H 6 → C2 H 4 + H 2
Los ensayos efectuados en laboratorio indican que su expresión de velocidad
responde a una cinética de primer orden. Asimismo, dichos ensayos permiten establecer
que, partiendo de una mezcla consistente en un 50 % de etano y 50 % de inertes, al cabo
de 30 minutos la conversión es del 50 %.
Con estos datos, se desea determinar el volumen del reactor de flujo en pistón
necesario para tratar 100 mol/h de dicha mezcla a 800 ºC y 5 atm, alcanzando la misma
conversión que en el reactor experimental.
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Problema 4
En un reactor continuo de mezcla completa el 80 % de un reactivo en fase
líquida (cA0 = 1 mol/l) se convierte en producto, siguiendo una cinética de segundo
orden. Se pretende la instalación de un segundo reactor del mismo tipo y tamaño,
conectado en serie con el primero, a fin de mejorar la conversión.
Determinar:
a) El aumento de la conversión para el mismo caudal a tratar
b) El aumento de la productividad para una conversión igual a la inicial.
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Problema 5
Un reactivo líquido A se convierte en un producto R siguiendo una cinética de
primer orden. En el estudio a escala de laboratorio, realizado en un reactor discontinuo
de 1 litro de volumen, la conversión alcanzada al cabo de 41,5 minutos fue de 50 %.
Para la obtención comercial del mismo producto, con la misma conversión que
en el laboratorio, se ha de realizar el montaje de una instalación formada por dos
reactores de 1.000 litros de capacidad cada uno, disponiéndose de las siguientes
opciones:
a) Asociación en serie de dos reactores de flujo pistón.
b) Asociación en paralelo de dos reactores de flujo en pistón.
c) Asociación en serie de dos reactores de mezcla completa.
d) Asociación en paralelo de dos reactores de mezcla completa.
Determinar la producción para cada uno de los casos y elegir la disposición más
adecuada.
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