Control 1 de Ingeniería Química: Reactores y Cinética

Profesora: Irene Martínez
Auxiliares: Carolina González, F. Andrés Caroca
Ayudantes: Francisca Andonie, Valentina Cifuentes,
Camila Mestre
Control 1
Pregunta 1 (50%) 60 minutos
Considere la siguiente reacción en fase líquida reversible y elemental según la estequiometría:
2A
R
Se desea llevar a cabo la reacción en un reactor Batch a 500 K, con una concentración inicial de A de 1
(kmol/m3). En base a lo anterior:
a) Determine el tiempo de reacción para obtener un 85% de conversión de A. (2 ptos)
b) Se requiere cumplir con una producción de 40.000 kmol por mes. Si se trabajan 20 días en un mes y
las jornadas de trabajo son de 16 h por día, qué volumen, altura y diámetro debiese tener el reactor
considerando que el tiempo utilizado en limpiar, cargar y descargar el reactor es de 1,1 h y que su
relación geométrica entre diámetro y altura es de 1/3 (considere que el reactor SOLO puede operar
en la jornada de trabajo) (1.5ptos)
c) Una cotización preliminar del reactor que acaba de dimensionar le dice que su costo es demasiado
elevado. En su reemplazo se le propone utilizar una batería de 3 reactores batch en paralelo que se
encuentra disponible en la planta. ¿Cuántos lotes debe realizar la batería para cumplir con la
producción de 40.000 kmol por mes, si se obtiene una conversión total de 75% (considere que se
trabajan jornadas de 20 días por mes y 16 h por día, y que el tiempo muerto es de 1.5 h). (1pto)
d) Considerando la siguiente tabla de datos:
Datos
Reactor pregunta B
1 reactor pregunta C
Np
0.35
5
Di [m]
2.4
0.3
Ni [1/s]
6
55
Calcule la potencia requerida tanto para el reactor de la pregunta b) como para la batería de reactores de
la pregunta c) (considere régimen turbulento en ambos sistemas). Por otro lado, si le dan la posibilidad de
comprar el reactor de la pregunta B, ¿qué sistema escogería?, fundamente. (1.5ptos)
Datos:
La reacción 2A
R, tiene una energía de activación de 450 kJ/mol y 565 kJ/mol, para la reacción directa
y reversa respectivamente.
𝐽
La constante de gases ideales corresponde a: 𝑅 = 8.314 ⋅ [𝑚𝑜𝑙∗𝐾]
𝐿
Constantes cinéticas a 100 °C: 𝑘1 = 2,6 ∗ 10−16 [𝑚𝑜𝑙∗ℎ];
1
𝑘−1 = 5,4 ∗ 10−23 [ℎ]
𝐾𝑔
La densidad de la reacción acuosa puede considerarse la densidad del agua: ρ = 1000 [𝑚3]
Pregunta 2 (50%) 60 minutos
La empresa donde Ud. trabaja desea realizar la reacción en fase gaseosa descrita a continuación:
A + B  C + 2D
cuya cinética de reacción es de 1er orden respecto del reactivo limitante. Para ello cuenta con 2
reactores, un reactor PFR y un reactor CSTR que se encuentran conectados en paralelo y cuyos
volúmenes son de 60 L y 80 L, respectivamente. Las condiciones de temperatura y presión son
de 800 K y 5 atm, las cuales se mantienen constantes durante todo el proceso. El flujo de
alimentación al sistema es de 20 L/min y contiene un 25% de A, 50% de B y 25 % de un compuesto
inerte.
a) Calcule el coeficiente de expansión del sistema. (1 pto)
b) Determine la conversión a la salida de cada uno de los reactores y la conversión global del
sistema si un 60% del flujo volumétrico de entrada al sistema pasa por el reactor PFR y el
resto por el reactor CSTR. (3 ptos)
c) Determine las concentraciones de los productos (C y D) a la salida del sistema. (1 pto)
d) Por requerimientos de la planta los reactores que estaba utilizando deben ser destinados
a la producción de otros compuestos, sin embargo, existe la posibilidad de comprar un
único reactor nuevo para la reacción. ¿Qué tipo de reactor continuo compraría y de qué
volumen para alcanzar una conversión deseada de 95%? Justifique (1 pto)
Dato:
k = 0,5 (min-1)