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7/25/2019 rexperimentales.doc
http://slidepdf.com/reader/full/rexperimentalesdoc 1/5
En un reactor experimental discontinuo se estudia una reacción química para su posterior puestaen marcha a escala industrial; se ha comprobado que la estequiometría de la reacciónresponde a la ecuación: A+2B = C+D, y se ha detectado un intermedio inestable X durante lamisma. Para los experimentos cinéticos se ha escogido el reactivo como especie química decontrol, me!clando y " en proporciones estequiométricas, con los resultados detallados en latabla.
#a reacción se lleva a cabo en la planta industrial con un reactor continuo tipo tanqueagitado de $ m%, alimentado con una corriente de & m%'h y composición igual a la me!cla inicialempleada en el reactor experimental.
(alcular:$) #a constante cinética, ecuación de velocidad probable y mecanismo de la
reacción consistente con los datos disponibles.&) #a conversión alcan!ada en el reactor continuo industrial y n*mero de
unidades necesarias con reactores en cascada de volumen $'$+ m% paralograr una producción similar supuesto que se mantienen las dem-s
condiciones).%) Proponer la modiicación de dise/o que podría reali!arse en el *ltimo
tanque para que la conversión en ambos sistemas coincida exactamente.
0iempo, t min) (oncentración, ( mol'dm%)+&123
$+
+,+45++,+31++,+61++,+23++,+2$++,+525
7/25/2019 rexperimentales.doc
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En un reactor continuo de tanque agitado experimental de 15+ ml de capacidad se reali!an dos
series de pruebas a 5+7( y 6+7( para estudiar la cinética de la reacción → " en ase líquida.
#a alimentación es una disolución al &+8 de en un disolvente inerte y puede suponerse quela densidad permanece constante e igual a +,34 9g'l; la masa molecular de es $++ g'mol.
0 5+7( o, cm%'min +,3 1,5 $$ $3,5 %+,5 1& 52,5 3+,5 $$& $14
( , mol'dm% +,$3 +,56 +,34 $,$+ $,&3 $,%3 $,12 $,51 $,2+ $,21
0 6+7( o, cm%'min $ 5 $$ &$ 5+,5 6+ 45 $&5,5 $5%
( , mol'dm% +,$$ +,%% +,52 +,64 $,$% $,&5 $,%5 $,1% $,13
<e desea instalar una batería industrial con dos tanques en serie que operen a 2+7( y a 3+7(respectivamente. #a alimentación a tratar es de &5 l'min con una concentración de 5 mol 'l y
+,& mol"'l, para lograr una conversión del 658. (alcular el volumen necesario de los tanques,supuestos de igual tama/o.
=eterminación de los par-metros cinéticos: v 9>( n 9>e?"'0
v (o ?( )''o) $,63 ? ( )>o'15+ (o @ >d'A $,63 mol'l
aBustando lg v vs lg ( para ambas series de experimentos:
0$ %&% C r +,4444 n $,&3 lg 9$ ?$,2+20& %1% C r +,4443 n $,&2 lg 9$ ?$,&+2
" ln9$'9&)'0&?$?0$
?$) 5+4% C ln ln 9 D "'0 $&,+6
Aodelos cinéticos :v2+7( +,+%43>(
$,&6 v3+7( +,+412>( $,&6 mol'dm%min)
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( (o$?x) 5>$?+,65) $,&5 (" (o" D(ox %,45 mol"'l
r-icamente: τ $%,%% min V τ>o 333 l o &5 l'min)
Fn reactor continuo de me!cla perecta de $++ ml se alimenta con caudales constantes de un
reactivo gaseoso puro cuya concentración es $++ milimol'l. El reactivo dimeri!a & → P ) y se
han obtenido las siguientes concentraciones de salida para distintos luBos de alimentación:
o ' dm%'h %+,+ 4,+ %,2 $,5
( 'mmol'l
35,6 22,6 5+,+ %%,%
=educir la ecuación cinética de esta reacción orden y constante de velocidad experimentales).
o
& → P ε?+,5)
(o +,$ mol'l (
Para deducir la cinética deberemos obtener la relación: v(), con los datos experimentales: o()
v (o x ' τ (o x>o ' ( (o $?x)'$Dεx) ; x (o ? ()'(o D τ>()
( ' mol'dm% x o 'dm%'h v 'mol>dm?%h?$ #g ( #g v
V = 0,1 dm3
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+,+356+,+226+,+5+++,+%%%
+,&5++,5+++,226+,3++
%+,+ 4,+ %,2 $,5
6,51,5&,1$,&
?$,+26?$,$62?$,%+$?$,163
+,365+,25%+,%3++,+64
v 9>(n lg v lg 9 D n>lg ( r +,443 n $,45 ∼ &
lg 9 &,41 9 36$ dm%mol?$h?$
v ≈ $,+>(& mol'm%h) .
En la descomposición térmica del etano se han obtenido los siguientes datos cinéticos a variastemperaturas:
0 ' 7( 55+ 52+ 56+ 53+ 54+ 2++9 ' $+ ?5 s?$ &,5 1,6 3,& $&,% &%,$ %5,%
=eterminar la energía de activación y el actor de recuencia de la reacción, y calcular el tiempode contacto requerido para que la descomposición se complete en un 448, para cada una delas temperaturas de operación indicadas.
Ea = %$1,2 9G'mol A = &,125>$+$5
s?$
EB: 9 >eEa'H0 6,56 s?$ 32+7()
v ?d('dt 9>( t $'9>ln (o'( +,2$ s 448)
τ (o ∫ dx'v ?$'9>I&>ln$?x)DxJ $,+4 s ε$)
Este valor concuerda con (hem.eng.$435 n752 para
etano a etileno en un reactor tubular vacío: τ$,+% s)
+,++$$1 +,++$$2 +,++$$3 +,++$&+ +,++$&&?$$,+
?$+,5
?$+,+
?4,5
?4,+
?3,5
?3,+
?6,5
#inear Hegression:
K D " L @
????????????????????????????????????
Paramalue sd
????????????????????????????????????
%5,11$ $,&34
"?%632$$+4&
????????????????????????????????????
H ?+,443%
<= +,+2%2, M 2
P 1,$1+3E?2
l n 9
, s ? $ )
$'0)C)
7/25/2019 rexperimentales.doc
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En un reactor de luBo de pistón con un di-metro interior d $,&6 cm, se descompone etano a25+7( y $ atm para dar etileno e hidrógeno 9 $,& s
?$). (alcular la longitud necesaria del tubopara convertir el &58 de una alimentación No +,+$ mol(&O2's.
(&O2 g) → (&O1 g) D O& g)
o τ No ∫δx'v o'9>xD&>ln$?x)+
+,&5
v 9>( 9>(o $?x)'$Dx)
#>πd'&)& +,&+5 dm% # 1,62 m) o Noℜ0'p +,62 dm%'s
τ +,&6 s
El valor de la constante cinética a 25+7( con los datos del eBercicio anterior sería: 9 %,63>$+ ?% s?$ ; sin embargo, en esteproblema la constante es casi tres órdenes de magnitud superior debido probablemente al empleo de un catali!ador),por lo que el proceso puede reali!arse a temperaturas muy ineriores con unas dimensiones del equipo m-s reducidas.
El tetraluoroetileno monómero del teflón) se abrica por pirólisis del monocloro?diluorometano
en un reactor de tubo vacío: & (O(lN & → (&N1 D & O(l ∆Or7 $3 9cal'mol), aunque también se
producen peque/as cantidades de O(N&)n(l. En las condiciones de reacción $6++7( y $ atm)la constante de equilibrio es muy elevada y la reacción es de primer orden 9 +,46 s
?$).En un experimento de laboratorio se alimenta (O(lN&, con luBo m-sico de $++ g'h, a un reactor de %+ cm de longitud para obtener una conversión del %+8 con un tiempo espacial de +,1+ s).(alcular el radio interno del tubo y el calor que debe suministrarse al reactor 9cal'h>cm&).
r '#π) o τ No ∫δx'v v 9>( 9>(o $?x)'$Dεx) ε
o'9 ∫ $D>x)'$?x)>δx o Noℜ0'p 5& cm%'s
&+,3 cm% r +,16 cm)
q No x ∆Or ' < +.+6+5 9cal'h>cm& < &πr># 33,5 cm&