366764884-EJERCICIOS-REACCIONES

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PRACTICA N° 2 
 
Ejemplo 4.1 Se desea diseñar un cstr para producir 100millones de libras de etilenglicol al año, hidrolizando 
óxido de etileno. Sin embargo antes de realizar el diseño, es necesario llevar acabo y analizar un experimento 
en un reactor intermitente para determinar mi constante especifica de velocidad reacción, K. como la 
velocidad será efectuado isotérmicamente, la k deberá determinarse solo a la temperatura de reacción del 
cstr. A altas temperaturas, hay significativa formación de subproductos, mientras que a temperaturas 
inferiores a 30ªC la reacción no se realiza a velocidades significativa; en consecuencia, se eligió una 
temperatura de 45ºC. Como el agua suele estar presente en exceso, su concentración puede considerarse 
cte. en el curso de la reacción .La reacción es de primer orden para el óxido de etileno. 
 
 A + B C 
 
En el experimento de laboratorio se mezclaron 400 ml de una solución de 3M (3kmol/m3) de óxido de etileno 
en agua con 400 ml, que contenía 0,99% en peso de ac. Sulfúrico como catalizador. La temperatura se 
mantuvo a 45ªC. la concentración del etilenglicol se registró en función del tiempo. Determine la velocidad 
de reacción específica a 45ªC. 
TABLA: DATOS DE CONCENTRACION CONTRA TIEMPO 
TIEMPO (min) 
 
CONCENTRACION DE ETILENGLICOL 
(Kmol/m3) 
0 0.000 
0.8 0.150 
1.1 0.290 
1.7 0.400 
2.2 0.650 
3.2 0.700 
4.2 0.800 
7.0 0.890 
12.0 0.999 
 
 1kmol/m3 = 1mol/dm3 = 1mol/l 
 
 
PRACTICA N° 2 
 
SOLUCION: 
1. El balance molar para un reactor intermitente bien mezclado es : 
 
 
2. La ley de velocidad es: 
 
 
Como hay agua en exceso, la concentración de agua en cualquier tiempo, t, es prácticamente la 
misma que la concentración inicial y la ley de velocidad es independiente de la concentración de 
HP (CB == CBO ') 
 
3. Estequiometria: Fase líquida, sin cambio de volumen, V = Vo 
 
 
4. Combinando la ley de velocidad y el balance molar, tenemos 
 
 
 
 
5. Evaluación. Para operación isotérmica, k es constante, de modo que podemos integrar esta 
ecuación: 
 
 Reacomodando y calculando el logaritmo en ambos lados, se obtiene: 
 
PRACTICA N° 2 
 
 
6. DATOS PROCESADOS: 
 
𝐭 (𝐦𝐢𝐧) 𝐂𝐜 (𝐤𝐦𝐨𝐥/𝐦𝟑) 𝑪𝑨𝟎 − 𝑪𝑪
𝑪𝑨𝟎
 𝒍𝒏 (
𝑪𝑨𝟎 − 𝑪𝑪
𝑪𝑨𝟎
) 
0 0 1 0 
0.8 0.150 0,850 -0,1625 
1.1 0.290 0,710 -0,3424 
1.7 0.400 0,600 -0,5108 
2.2 0.650 0,350 -1,0498 
3.2 0.700 0,300 -1,2039 
4.2 0.800 0,200 -1,6094 
7.0 0.890 0,110 -2,2072 
12.0 0.999 0,001 -6,9077 
 
 
 
Pendiente = -k = -0.5429 min -1 
K = 0.5429 
La ley de velocidad se transforma en: 
 
 
 
 
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
0 2 4 6 8 10 12 14
ln
(C
A
o
-C
c)
/(
C
A
o
)
t(min)
ln(CAo-Cc)/(CAo vs t y = -0.5429x + 0.3875
R² = 0.9339
−𝒓𝑨 = 𝟎. 𝟓𝟒𝟐𝟗 𝒎𝒊𝒏
−𝟏𝑪𝑨 
 
PRACTICA N° 2 
 
 
Ejemplo 4.2: producción de 200 millones de libras en un CSTR 
Se produjeron cerca de 12.2 mil millones de toneladas métricas de etilenglicol (EG) en el 2000, el cual fue el 
260 .producto químico mas fabricado en la nación en ese año ,con base en libras globales. Aproximadamente 
la mitad del etilenglicol se emplea como anticongelante y ala otra mitad en la manufactura de poliésteres 
.dentro de la categoría de poliésteres ,el 88% se uso para fibras y el 12% para manufactura de envases y 
películas. El precio de venta en el 2004 del etilenglicol fue de 0.28 centavos de dólar por libra . 
Se desean producir 300 millones de libras al año de etilenglicol. El reactor operar isotérmicamente. Una 
solución de 2 lb mol/ pies3 de oxido de etileno(OE) en agua se alimenta al reactor junto con una solución 
volumétricamente igual de agua que contiene 0.9% en peso de catalizador H2SO4.la constante especifica de 
velocidad de reacción es de 0.404 min -1 ,según se determino en el ejemplo 4-1.mukesh y wasteel dieron 
recientemente directrices practicas para aumentar la escala del reactor. 
(a) Para logar una conversión del 90%, determine el volumen necesario de CSTR. 
(b) Si dos reactores de 900 galones estuvieran ordenados en serie ¿Cuál sería la conversión 
correspondiente? 
(c) Si dos reactores de 900 galones estuvieran ordenados en serie ¿Cuál sería la conversión 
correspondiente? 
SOLUCION: 
(a) Ahora calcularemos el volumen del CSTR para lograr una conversión del 80% usando el algoritmo 
CRE. 
La tasa especificada de producción de etilenglicol (EO) en lb mol/min es 
 
Encontramos el flujo molar que se requiere para el óxido de etileno: 
𝟔. 𝟏𝟑𝟕 𝒍𝒃. 𝒎𝒐𝒍
𝟎. 𝟗
= 𝟔. 𝟖𝟏𝟗
𝒍𝒃. 𝒎𝒐𝒍
𝒎𝒊𝒏
 
El flujo volumétrico de entrada de la corriente A, con e AOI = llb mol/pies3 antes de la mezcla, es : 
𝟔. 𝟖𝟏𝟗 𝒍𝒃 𝒎𝒐𝒍/𝒎𝒊𝒏
𝟏 𝒍𝒃 𝒎𝒐𝒍/𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
= 𝟔. 𝟖𝟏𝟗 
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒎𝒊𝒏
 
 
Por el enunciado del problema vBO = v AO 
PRACTICA N° 2 
 
 (𝟔. 𝟖𝟏𝟗 
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒎𝒊𝒏
) (𝟔𝟐. 𝟒
𝒍𝒃
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒙
𝟏 𝒍𝒃.𝒎𝒐𝒍
𝟏𝟖 𝒍𝒃
) = 𝟐𝟑. 𝟔𝟒
𝒍𝒃.𝒎𝒐𝒍
𝒎𝒊𝒏
 
Sabiendo que vBO = v AO , el flujo volumétrico global de entrada del líquido es: 
𝟔. 𝟖𝟏𝟗 
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒎𝒊𝒏
+ 𝟔. 𝟖𝟏𝟗 
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒎𝒊𝒏
= 𝟏𝟑. 𝟔𝟑𝟖
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒎𝒊𝒏
 
Usando la ecuacion: 
(𝟏𝟑. 𝟔𝟑𝟖
𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝒎𝒊𝒏
) (
𝟎.𝟗
(0.404𝑚𝑖𝑛−1)(𝟏−𝟎.𝟗)
) = 𝟑𝟎𝟑. 𝟖𝟏𝟕𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑 
 
(b) Si dos reactores de 900 galones estuvieran ordenados en serie ¿Cuál sería la conversión 
correspondiente? 
 
(𝟗𝟎𝟎𝒈𝒂𝒍 𝒙 
𝟏𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝟕.𝟒𝟖 𝒈𝒂𝒍
) 𝒙
𝟏
𝟔.𝟖𝟏𝟗 𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑/𝒎𝒊𝒏
= 𝟏𝟕. 𝟔𝟒𝟓 𝒎𝒊𝒏 
 
𝑫𝒂 = (𝒕)(𝒌) = (𝟏𝟕. 𝟔𝟒𝟓𝒎𝒊𝒏)𝒙 (
𝟎. 𝟒𝟎𝟒
𝒎𝒊𝒏
) = 𝟕. 𝟏𝟐𝟗 
 
𝟕.𝟏𝟐𝟗
𝟏+𝟕.𝟏𝟐𝟗
= 𝟎. 𝟖𝟕𝟔 ≅ 𝟎. 𝟖𝟖 
 
La conversión que se logra a la salida de cada CSTR en paralelo es del 88 % 
 
(c) Si dos reactores de 900 galones estuvieran ordenados en serie ¿Cuál sería la conversión 
correspondiente? 
 
(𝟗𝟎𝟎𝒈𝒂𝒍 𝒙 
𝟏𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑
𝟕.𝟒𝟖 𝒈𝒂𝒍
) 𝒙
𝟏
𝟏𝟑.𝟔𝟑𝟖 𝒑𝒊𝒆𝒔𝟑/𝒎𝒊𝒏
= 𝟖. 𝟖𝟐 𝒎𝒊𝒏 
 
 
𝟖. 𝟖𝟐𝒎𝒊𝒏 𝒙 
𝟎. 𝟒𝟎𝟒
𝒎𝒊𝒏
= 𝟑. 𝟓𝟔𝟑 
 
𝑿𝟏 =
𝟑. 𝟓𝟔𝟑
𝟏 + 𝟑. 𝟓𝟔𝟑
= 𝟎. 𝟕𝟖𝟎 ≈ 𝟎. 𝟕𝟖 
 
Para calcular la conversión en la salida de segundo reactor, recordemos que VI = V2 = V Y vOl = v02 ; 
por lo tanto 
PRACTICA N° 2 
 
 
 
El balance molar para el segundo reactor es 
 
 
Aplicando la ecuación: 
 
𝟏 −
𝟏
(𝟏 + 𝟑. 𝟓𝟔𝟑)𝟐
= 𝟎. 𝟗𝟓𝟏 ≈ 𝟎. 𝟗𝟓 
 
Las conversiones necesarias son: 0.78 y 0.95 
PRACTICA N° 2 
 
 
Ejercicio 4.6 
Se desea calcular el peso del catalizador necesario para lograr una conversión 50 % al preparar oxido 
de etileno por axidacion catalítica del etileno con aire en fase gaseosa. 
El etileno y el oxígeno se alimentan en una proporción estequiometria aun reactor empacado que 
opera isotérmicamente a 260 C el etileno se alimenta a razón de 0.24 lb mol/seg y presión de 10 
atmosferas. Se propone usar 10 bancos de tubería de diámetro de 1 ½ pulgadas y cedula de 40 
empacada con catalizador, se tiene 100 tubos por banco. En consecuencia, el flujo molar de cada 
tubo será de 2,4 𝑥10−4.Las propiedades del fluido reaccionantes deben considerarse idénticas alas 
del aire en estas temperatura y presión .La densidad de las partículas del catalizador de ¼ de pulgada 
es de 118 𝑙𝑏𝑚/𝑝𝑖𝑒𝑠
3y la fracción del vacío en el lecho es de 0.40 la ley de velocidad es : 
El calculo de 𝛽0 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑟𝑟𝑜𝑙𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝒆𝒋𝒆𝒓𝒄𝒊𝒄𝒊𝒐 𝟒. 𝟒 
 
−𝑟𝐴 = 𝐾𝑃𝐴
1/3
𝑃𝐵
2/3
 
𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑙
𝑙𝑏𝑚𝑐𝑎𝑡 ℎ
 
𝐾 = 0.0181
𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙
𝑎𝑡𝑚 𝑙𝑏𝑚𝑐𝑎𝑡 ℎ 
 𝑎 260 ℃