El documento presenta dos ejercicios sobre reactores isotérmicos. El primer ejercicio involucra el diseño de un reactor por tandas para producir un compuesto C a partir de las especies A y B. El segundo ejercicio calcula la cantidad de catalizador necesaria para alcanzar una conversión del 60% en la producción de óxido de etileno a partir de etileno y oxígeno en un reactor de lecho empacado.
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Ejercicio #1
La reacción elemental en fase líquida A + B C + D tiene una
constante cinética de k= 0,001Lmol-1 min-1. Se desea diseñar un reactor por
tandas para producir 5 millones de libras de C en 250 días de operación a
una conversión del 90%. La alimentación contiene iguales concentraciones
de A y B. Suponga que la densidad de la mezcla reactiva es constante e igual
a 0,8g cm-3. El tiempo necesario para llenar y enfriar y luego para drenar el
reactor es de 10 y 15 min respectivamente. Suponga que durante los
primeros 10 minutos que toma llevar el reactor a las condiciones de reacción
la conversión es despreciable. El peso molecular de A, C y D son 60, 120 y
28, respectivamente. Determine el volumen requerido para obtener la
producción de C deseada.
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Ejercicio #2
Calcule el peso de catalizador necesario para alcanzar una conversión del
60% cuando se produce óxido de etileno por oxidación catalítica en fase
vapor de etileno con aire. El etileno (A) y el oxígeno (B) se alimentan en
proporción estequiométrica a un reactor de lecho empacado que opera
isotérmicamente a 260°C. El etileno se alimenta a razón de 0,3lbmol/s y a
10atm. Se propone usar 10 bancos de tubos de 100 tubos cada uno, Sch 40
11/2 pulgada.
a 260°C
3
30
2
120
413,0
01414,0
ft
lb
ft
lbm
ftA
C
C
2
.
174,32
0673,0
hlb
ft
lbm
gc
hft
lbm
45.0
..
0141,0
3/23/1'
hlbcatatm
lbmol
k
PkPr BAA
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Ejercicio #3
En un reactor de flujo mezclado se producen 1000 mol/h de B a partir de
una alimentación que consiste de una solución saturada de la especie A
(CA0= = 0,1 molL-1). La reacción es una isomerización reversible
elemental en fase líquida con k1 =0,8 h-1 y Keq = 4,0.
-El costo del reactivo a la concentración de entrada es de $0,5/mol A
-El costo del reactor incluyendo instalación, equipos auxiliares,
depreciación, etc., es de $0,01/h
-El costo para separar el A que no reacciona de la corriente de productos
es de $0,15/mol A procesado
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Ejercicio #3
Suponga que todo el A que no ha reaccionado se separa y se lleva al
reactor a la misma concentración que la inicial. De acuerdo con estas
condiciones de operación establezca las consideraciones pertinentes y
determine:
a) Conversión que minimiza el costo de producción
b) Volumen de reactor óptimo
c) Flujo molar y volumétrico a la entrada al reactor y flujo molar del
recirculado
d) Costo para producir B