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1. GUIA Nº3
REACTORES CONTINUOS (RTAC y RFP) EN ESTADO ESTACIONARIO
1. Definir los siguientes conceptos:
- Tiempo espacial y tiempo medio de residencia
- Modelo de flujo en pistón
- Modelo de flujo en mezcla completa
2. La disociación irreversible en fase gaseosa de A, según A 2 R→ se estudió en un RDA a una
presión constante de 3 atm y 40ºC. Se utilizó una mezcla de 85 % de A y 15% inertes. Se obtuvo la
siguiente información:
θ (min) 30 60 120 260 890
XA 0,300 0,447 0,600 0,750 0,900
Esta misma reacción se realizará en un reactor mezcla ideal con un tiempo espacial τ =18,7 h, para
lograr un 80% de conversión. Se alimentará A e I a una presión total de 10 atm y a 40ºC. Evalúe la
composición de la alimentación para cumplir lo pedido.
3. Se dispone de dos corrientes gaseosas para efectuar la reacción elemental A + B R→ . La primera
corriente contiene A puro, con un flujo de 400 L/min. La segunda corriente contiene 50% de B y 50%
de inertes, con un flujo de 200 L/min. Previo al ingreso al reactor, las corrientes se mezclan de manera
instantánea. Ambas corrientes están a 68ºC y 1 atm, condiciones que no son afectadas por el proceso
de mezcla. Los gases se comportan idealmente. La reacción se efectúa isotérmicamente a 1 atm de
presión. Si el equipo es un RTAC de 600 L y se requiere que la conversión de B sea XB = 0,6
determine:
a) Tiempo espacial, τ.
b) Tiempo medio de residencia t .
c) Flujo volumétrico a la salida del reactor.
d) Constante de velocidad, k.
4. En un RTAC de 1 L de capacidad se estudia la descomposición del n-butanol en fase líquida. Se mide
la conversión en estado estacionario para tres velocidades iniciales, con los siguientes resultados para
la alimentación de 100% de alcohol:
Alimentación inicial ( mL/min ) 100 200 400
Alcohol efluente (% molar) 20 40 60
La densidad es igual a 1 (g/mL). Determine el orden de la reacción y las constantes cinéticas.
5. En un RFP de 10,3 L se produce la siguiente reacción en fase gaseosa: 2A R→ . El reactor opera
isotérmicamente y a presión constante. La alimentación del mismo consiste en una mezcla de 50% de
A y 50% de inerte (% volumen), con CAO = 0,5 mol/L. No se sabe si la reacción es elemental o no. El
peso molecular del producto R es 80 g/mol. Se determinó además la velocidad de reacción para
distintos valores de la concentración CA a la misma temperatura a que operará el reactor industrial.
CA ( mol/L ) 0,500 0,381 0,273 0,174
-rA ( mol/L·s )×100 6,25 3,55 1,86 0,76
Se desea saber si en estas condiciones el reactor es capaz de producir 5000 Kg/día de R con una
conversión final de 80 %.

2. 6. Se desea estudiar la cinética de la reacción irreversible en fase acuosa: A 2R→ . Para ello se utiliza
un RTAC de 13,36 L de capacidad. Se alimenta un fluido de concentración CAO = 2 mol/L. Se han
obtenido los siguientes resultados:
Corrida N° Alimentación Reactor
(L/min )
Flujo R, de salida
(mol/min )
Temperatura
(°C)
1 5,86 11,36 25
2 17,04 10,00 25
3 10,00 15,00 50
4 10,00 ? 75
a) Si dispusiera Ud. sólo del dato de la corriente N°1, ¿podría obtener alguna información cinética? Si es
posible, muestre tal información.
b) Determine los parámetros cinéticos y muestre la expresión completa de la velocidad de reacción.
7. Por bibliografía se sabe que el cracking (ruptura) del hidrocarburo A en fase gaseosa da :
A R + S + T + U + V→
La reacción se verifica en fase gas y es de primer orden. Se hicieron experiencias a 400ºC en un
RFP a escala laboratorio de 2 L de volumen. La alimentación fue una mezcla de A e inertes en proporción
molar de 50%, a una presión total de 6 atm. Se obtuvieron los siguientes resultados:
Caudal alimentación (L/min ) 2,5 1,0 0,476 0,233 0,146
XA 0,2 0,4 0,6 0,8 0,9
Actualmente se dispone de un RFP piloto de 41,62 L el cual se alimenta A e inerte I en proporción
equimolar a 6 atm y con un caudal de 10 L/min. Calcule la velocidad producción de R (Kg/dia), operando
a 400 °C. Datos: PM (A) = 338 g/gmol; PM (R) = 170 g/gmol.
8. Inukai y Kojima estudiaron la condensación, catalizada por cloruro de aluminio, de butadieno y
metacrilato de metilo en solución de benceno, la estequiometría para esta reacción de Diels-Alder es:
Butadieno (B) + metacrilato de metilo (M) → aducto (C)
El mecanismo siguiente se considera consistente con los resultados experimentales:
R1) AlCl3 + M → AlCl3*M (rápida)
R2) B + AlCl3*M → C*AlCl3 (lenta)
R3) C*AlCl3 → C + AlCl3 (rápida)
donde R2 es el paso controlante. (AlCl3*M) y (C*AlCl3) son complejos formados entre el AlCl3 disuelto y las
especies en cuestión. La concentración del primer complejo reactivo es esencialmente constante siempre que
suficiente metacrilato de metilo permanezca en solución como para regenerar el (AlCl3*M) eficientemente. La
concentración de metilmetacrilato en exceso de AlCl3 no afectará la velocidad de reacción durante las primeras
etapas de ella pero, a medida que la reacción ocurre y la concentración del metacrilato cae bajo la
concentración inicial de AlCl3, la cantidad de complejo presente está limitada por la cantidad de metacrilato
que queda.
a) Determine el volumen del RFP necesario para convertir el 40% del butadieno, operando a 20ºC y con
un caudal de alimentación líquida de 0,50 (m3
/Ks).
b) Determine el volumen de un RTAC para convertir el 40% del butadieno. Considere las mismas
condiciones de operación anteriores.
La composición de la alimentación es la siguiente: Butadieno (B): 96,5 mol/m3
], Metilmetacrilato:
84,0 [mol/m3
], AlCl3: 6,63 [mol/m3
]. La constante para la reacción R2 es 1,15*10-3
[m3
/mol·Ks] a 20ºC.

3. 9. Determine el flujo volumétrico de una carga gaseosa de A puro (320 [milimol/L]), que puede ser
convertida en un 50% en un RTAC de 200 L si la cinética de la descomposición está representada por:
A → 3 R -rA = 0,001 [mol/L·min]
10. Ratchford y Fisher estudiaron la pirólisis de metilacetoxipropionato (MAP) a temperaturas cercanas a los
500 ºC y a varias presiones:
323333 CHCOOCH=CH+COOHCH)COOCHCOOCH(CHCH →
, es decir: (MAP) → Ac. Acético + MetilMetacrilato
Bajo los 565ºC la reacción de pirólisis es esencialmente de primer orden, con:
9 -19220/T -1
k =7,8 [ ]10 e s⋅ , T (K).
Se desea diseñar un RFP piloto que opere isotérmicamente a 500 ºC, ¿Qué longitud de tubería de 6 pulg de
diámetro se requiere para convertir el 90% de la alimentación a metilmetacrilato? Suponga que se cumple
comportamiento ideal de gases. Puede despreciarse la caída de presión en el reactor.
11. Las reacciones en fase gaseosa :
I) A R + S
II) A R
→
′ → ′
pueden considerarse irreversibles y de orden cero, con una ecuación de velocidad idéntica. Se desea
procesar una alimentación dada usando reactores RFP y RTAC. Para ambos tipos de reacciones:
a) Compare para cada reactor continuo, de igual tamaño, las conversiones y concentraciones de
salida obtenidas para las reacciones I y II.
b) Determine el tiempo de retención en segundos que se usó en el RTAC en que se realiza la
reacción II bajo las siguientes condiciones: Presión total = 63 psi; temperatura = 2408°F;
velocidad espacial basada en una alimentación gaseosa a 25°C y 1 atm. r = 5,6×10-2
[h-1
].
12. En un reactor de flujo pistón que opera isotérmicamente con una relación de recirculación igual a la
unidad, se efectúa la reacción elemental de segundo orden en fase líquida:
2 A → 2R,
con una conversión igual a 2/3. Calcular la conversión si no se emplea recirculación.
13. Partiendo de una solución exenta de productos en un RFP se efectúa la reacción reversible elemental:
A R . La velocidad de alimentación y el tamaño del reactor son tales que τ = 10 min. Determinar
la conversión obtenida en el reactor a 25ºC (reactor isotérmico). En experimentos realizados en reactor
discontinuo se ha determinado que a 250ºC se necesitan 19 minutos para obtener una conversión de A
de 0,793 y a esta misma temperatura la constante de equilibrio es Keq = 18,92.
14. La descomposición de la fosfina transcurre a 650ºC según la reacción: 4PH3 → P4 + 6H2. La cinética
es de primer orden y en fase gas, con k = 10h-1
. Calcular el tamaño del reactor RFP sí las condiciones
de operación son 650ºC y 4,6 atm. La alimentación es de 1800 mol/h de fosfina pura y se requiere
obtener una conversión del 80%.
15. Se ha estudiado la formación del dímero (A-A) a partir del monómero A (peso molecular de 110 g/mol)
en solución acuosa y en presencia de un catalizador:
1
2
2
k
k
A A A⎯⎯→ −←⎯⎯

4. La reacción directa es de tercer orden (segundo con respecto al monómero y primer orden con
respecto al catalizador). El catalizador se adiciona a una concentración 0,05 M. Los siguientes datos se
han reportado a 25°C:
KEQ = 0,178
k1 = 1,15·10-3
(s-1
M-1
)
EA1 = 1120 (cal/mol)
EA2 = 11600 (cal/mol)
Se alimenta un RTAC con una concentración de 110 (Kg monómero/m3
) y 0°C, calcular:
a) La velocidad de reacción del monómero (Kg/m3
s).
b) Determinar el tiempo espacial (h) necesario para alcanzar una conversión del 90% de la
conversión de equilibrio.
c) Si el volumen del reactor es 100 L, determinar la velocidad de flujo volumétrico (m3
/h),
correspondiente a lo calculado en (a) y (b).
d) La conversión y la constante de equilibrio de la reacción entre 0° y 40°C. Entregar los
resultados para 0, 10, 20, 30 y 40°C.
16. En la tabla siguiente se entregan datos sobre descomposición del reactante A en fase gaseosa en un
reactor Batch de volumen constante a 100ºC. La estequiometría de la reacción es 2A → R+S.
Calcular el volumen (L) de un RFP para que, operando a 100ºC y 1 atm, puedan tratarse 100
moles de A/h de una alimentación que contiene 20% de inertes. La conversión final es 95%.
θ (s) pA, (atm).
0 1,00
20 0,8
40 0,68
60 0,56
80 0,45
100 0,37
140 0,25
200 0,14
260 0,08
330 0,04
420 0,02
17. El butadieno se dimeriza en un RFP a 1 atm. y 638ºC según la reacción 2C4H6 ↔ C8H12. La
alimentación está constituida por una mezcla (butadieno/vapor de agua) en una relación molar igual a
(2/1). La reacción directa es de segundo orden mientras que la inversa es de primer orden. A una
temperatura de 638ºC la constante de velocidad de la reacción directa es 114,6 (mol/L h atm2
),
mientras que la constante de equilibrio vale 1,27 atm-1
a esta misma temperatura.
Calcular:
a) El volumen del reactor para lograr el 70% de la conversión de equilibrio de una
alimentación correspondiente a un flujo de 50 Kmol/h de butadieno.
b) El tiempo espacial y el tiempo medio de residencia.

5. 18. El gas que sale de una unidad de oxidación de amoniaco se enfría rápidamente a temperatura ambiente
para eliminar el vapor de agua que contiene. En este punto, su composición en moles es NO 9%; NO2
1%; O2 8%; N2 82%. Antes de enviar el gas a las torres de absorción para producir ácido nítrico, se
deja oxidar el gas en un reactor tubular hasta que la relación NO2/NO valga 5. La reacción de
oxidación es: NO + 1/2 O2 → NO, irreversible y de ecuación cinética: (-rA)= k [NO]2
[O2] (mol/L s),
con la constante de velocidad igual a k (20 ºC) = 1,4 x l04
(L2
/mol2
s).
Calcular el volumen del reactor de flujo pistón necesario para la operación, si el reactor funciona
isotérmicamente, siendo la temperatura de reacción igual a la alimentación (20 ºC). El caudal de gas a
tratar es de 15000 m3
/h (medidos a 0 ºC y 1 atm.).
19. Un gas a alta presión y 50 (milimol/L) entra a un RFP de 10 litros. La estequiometría de la reacción
es A → R. Los siguientes datos experimentales están disponibles:
τ [s] 2 5 9 14
CAf [milimol/L] 250 100 25 25
a) Determinar (-rA) para CA = 150 [milimol/L].
b) Determinar FAo si CAo= 0,1 [M], 95 %, RFP = 18 L.
20. En un RFP de 170 L se realiza la siguiente reacción irreversible y elemental en fase acuosa:
A + B → 2 R + S
Para lograr una buena homogenización de la mezcla de los reactantes, se mezclan previamente, en un
estanque de 28 L, una solución de A igual a 0,4 (mol/L) y una solución de B igual a 1,6 (mol/L)]. La
mezcla que sale de este estanque al RFP, contiene 0,04 [mol/L] de R. Determinar la concentración de R a
la salida del RFP y la conversión que ha alcanzado el reactivo limitante.
21. Una etapa en la producción de ácido propiónico (APA) es la acidificación de la sal de sodio según:
2 5 2 5C H COONa + HCl C H COOH + NaCl→
Datos de laboratorio sobre la velocidad de reacción, que se cree elemental, se obtuvieron tomando
muestras de 10 (mL) de solución a varios tiempos, titulando el HCl sin reaccionar con solución 0,515 (N)
de NaOH. Se trabajó a una temperatura de 50°C y los moles iniciales de HCl y C2H5COONa son iguales.
Datos:
θ (min) 0 10 20 30 50 ∞
NaOH(req) (mL) 52,5 32,1 23,5 18,9 14,4 13,5
a) Determine el flujo másico promedio de producción de APA en (Kg/h) de un reactor batch de
1000 (L).
Se requieren 20 minutos para cargar y calentar el producto. La conversión final es del 75% de
propianato de sodio. La carga inicial al reactor consistirá en 116,1 (Kg) de propianato de sodio y 44,2 Kg
de HCl por 378,5 (L) de solución. La densidad de la solución permanece constante e igual a 1,09 (Kg/L).
Determine además la capacidad de producción de:
b) 1 RFP de 1 (m3
) de volumen.
c) 1 RTAC de 1 (m3
) de volumen.
Para los reactores continuos, la temperatura, composición de la alimentación y conversión son las
mismas que en el caso del reactor batch.

6. 22. En un RTAC de volumen 1 L, ingresa una alimentación de un líquido que contiene los reactantes A y
B, a un caudal de 1,0 (L/min). Las concentraciones iniciales son CA0 = 0,10 mol/L, CB0 = 0,01 mol/L.
Las sustancias reaccionan de manera compleja por lo que se desconoce la estequiometría. La corriente
de salida contiene los componentes A, B y C (Concentraciones a la salida: CAF = 0,02 mol/L, CBF =
0,03 mol/L y CCF= 0 0,04 mol/L). Calcúlense las velocidades de reacción de A, B y C.
23. En un RFP que opera a 423 K se produce etilenglicol (B) a partir de oxido de etileno (A) y agua,
según:
A + H2O B r = k CA
Se desea calcular el grado de conversión del oxido de etileno en función del tiempo de residencia
entre 0 y 2 horas para operación isotérmica.
Datos:
Factor de frecuencia (ko) = 4,248*108
(h-1
)
Energía de activación (EA) = 67250 (KJ/mol)
Concentraciones de entrada: CA,0 = 1,7 (Kmol/m3
); CB,0 = 0
24. En un RTAC se realiza la siguiente reacción química en fase líquida 2A + B 2C .
El tiempo espacial es 20 minutos y las concentraciones iniciales de reactivos son: CA,0 = 3 mol/L
y CB,0 = 1 mol/L. Si la constante cinética es: k = 0,5 L/ mol-min, ¿Cuál será la concentración de C en el
reactor?.
25. Un RFP es alimentado con un caudal de 10 L/min de A, realizando la siguiente reacción en fase gas a
volumen variable: A B + 2C. ¿Cuál será el volumen del reactor que se debe utilizar si se desea
obtener una conversión del 70%? (Dato: k = 0,1 min-1
)
26. Una reacción de segundo orden: 2A R, se lleva a cabo en un reactor de mezcla completa (RTAC),
alcanzándose una conversión del 80%. Para las mismas condiciones de operación calcular:
a) La conversión en un reactor del mismo tamaño de flujo pistón.
b) La conversión si se duplica el tamaño del reactor de mezcla completa.
c) La conversión si se duplica el reactor de b).
d) La conversión si se utiliza un RFP del mismo tamaño del c).
27. Se ha encontrado que la velocidad A 3R en fase gaseosa homogénea a 215°C, es:
( )
1
22
A A
mol( r ) 10 C
L s
−
− = ⋅
⋅
Calcúlese el tiempo espacial necesario para alcanzar la conversión del 80% a partir de una
alimentación del 50% de A y 50% de inertes, en un RFP que opera a 215° C y 5 atm. (CA0=0,625mol/L).
28. Acetaldehído se descompone en un RFP que opera a 520 ºC y 101 KPa según:
3 4CH CHO CO CH→ +

7. Bajo estas condiciones se sabe que la reacción es irreversible con una constante especifica de la
velocidad de reacción, k=0,43 (m3
/Kmol·s). Si se alimenta al reactor 0,10 (Kg/s) de acetaldehído,
determine el volumen de un RFP y un RTAC necesario para obtener una conversión de 35%.
29. En un RTAC de 120 litros se efectúa la siguiente reacción en fase líquida: A B R S+ + .
Al reactor entran dos corrientes de alimentación con caudales iguales: una corriente con
concentraciones de 2,8 (mol A/L) y la otra con 1,6 (mol B/L). Se desea que la conversión del reactivo
limitante sea del 75%. Calcular el caudal de cada corriente, suponiendo que la densidad permanece
constante. Datos: k1 = 7,0 L/mol-min, k2 = 3,0 L/mol-min.
30. Un conjunto de experiencias a escala laboratorio para la dimerización del butadieno (reactante A) a
320°C, permitieron expresar la cinética por:
2
A A( r ) k C− =
donde CA : concentración de butadieno (mol/L), k = 0,85 L/mol-min
a) Determinar el volumen del RFP para una conversión del 60%. La alimentación es 100 mol/h, el
volumen molar de la mezcla en las condiciones de operación es 30 L/mol.
b) Determinar el volumen de un RTAC para XA, idéntica alimentación y volumen molar.
31. Una empresa requiere producir un compuesto B a partir de un reactante A en fase líquida, empleando
un RFP. El ingeniero químico a cargo del Departamento Técnico ha resuelto que es mas económico
obtener los datos cinéticos mediante los servicios secretos que investigar en laboratorio, ya que existe
otra planta que procesa el mismo reactivo y obtiene el mismo producto. Para tal efecto, se contratan
los servicios de un espía quien obtiene finalmente el siguiente informe secreto de dicha planta:
Datos de laboratorio:
Usando un RTAC pequeño
CA0 = 20 mol/L , Reacción: k
A B⎯⎯→
XA = 99% para τ = 50 min
Datos del reactor de la planta:
RTAC industrial
XA = 80% para τ = 44 min
Se desea saber que tiempo debe permanecer el reactivo en el reactor de flujo en pistón para obtener
una conversión de 80%.
32. La siguiente reacción piroliza metano (reactante A): :
4 2 2 2
31CH C H H
2 2
→ +
2,8 mol/L
1,6 mol/L
75% conversión
de B

8. La ecuación cinética es A A( r ) k p− = . La constante de velocidad es k = 3,219x1010
exp(-43200/T).
En un RFP isotérmico operando a 1 atm y 1100°C se procesa una alimentación de metano e
hidrógeno en proporción equimolar. La conversión de A esperada en el reactor es 80%. Considerando
cambios despreciables de presión a lo largo del reactor. Cuál será el tiempo de residencia requerido para
alcanzar dicha conversión?
33. En un RDA se efectúa la siguiente reacción en fase gaseosa: A → 2B, a 100°C y a una presión total
constante de 1 atm, obteniéndose los datos de la tabla adjunta, partiendo de A puro:
θ (min) 0 1 2 3 4 5 7 9 10 11 12 13 14
V/Vo 1,00 1,20 1,35 1,48 1,58 1,66 1,78 1,86 1,88 1,91 1,92 1,94 1,95
Calcular el tamaño de un RFP industrial necesario si se trabaja a 100°C y 10 atm, con una
alimentación que tiene un caudal de 10 mol/s y contiene un 40% de inertes, sabiendo que se desea una
conversión del 90%. Considerar comportamiento de gases ideales.
34. En un RTAC se estudió la descomposición de A, obteniéndose los resultados detallados en la
siguiente tabla, evaluados a temperatura constante y en fase líquida:
CA
(entrada) [mol/L] 2,0 2,0 2,0 1,0 1,0 0,48 0,48 0,48
CA
(salida) [mol/L] 0,65 0,92 1,00 0,56 0,37 0,42 0,28 0,20
θ[seg] 300 240 250 110 360 24 200 560
Calcular el tiempo de residencia necesario para obtener una conversión de reactivo igual al 75%,
si la concentración inicial del mismo es de 0,8 mol/L:
a) En un reactor de flujo en pistón.
b) En un reactor de mezcla completa.
35. En un cierto experimento se había determinado que el volumen de un RFP, para lograr el 99% de
conversión de A, era de 82 L, suponiendo que la estequiometría de la reacción (en fase gas) fuera:
A(g) → 3R(g)
Sin embargo, la estequiometría correcta es: A(g) → R(g). De acuerdo con esto, se pide:
a) Calcular el volumen del reactor necesario para obtener dicha conversión, considerando la nueva la
estequiometría. Compare el nuevo volumen obtenido y justifique la discrepancia con el anterior.
b) Hallar el volumen de RFP para lograr una conversión del 90%. Nuevamente compare y justifique.
c) Utilizando un RTAC del mismo volumen que el RFP del ítem (a), hallar las conversiones que se
obtienen con la estequiometría correcta y con la errónea. Compare y justifique.
d) Si se operara el RFP de (a) con una corriente de reciclo de caudal igual al de la entrada, cuál sería
la conversión de salida del sistema?.
e) Compare los resultados obtenidos.
Datos: a) La reacción es elemental.
b) La alimentación es la misma en todos los casos y no contiene R.
36. Determinar la ecuación de velocidad para la descomposición de A en fase líquida, a partir de los datos
obtenidos en un RTAC.

9. CA0 (mol/L) CA (mol/L)
θmedio residencia
(s)
T (ºC)
1 0,4 220 44
1 0,4 100 57
1 0,4 30 77
1 0,1 400 52
1 0,1 120 72
1 0,1 60 84
37. En una reacción A → R, se forma con una velocidad de:
( )
3
A A R
pier 0,1 ·C ·C
lbmol·h
⎛ ⎞
− = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
Se desea producir 100 lbmol de R a partir de una alimentación de A puro con CA0= 6,243·10-2
(lbmol/pie3
)
usando ya sea un RTAC solo o un RTAC seguido de un separador A-R, en cuyo caso A no reaccionado
puede ser reciclado totalmente al reactor. El separador opera por un proceso de extracción, el cual debido
a un favorable equilibrio de fases, produce corrientes de A puro y R puro.
Costos: Alimentación de A puro: 1000 $/lbmol
Costo horario del reactor: $(8 + 0,01 pie3
)
Costo del separador: $(8 /h + 0,1 /pie3
fluido tratado)
a) Qué sistema de instalación es más económico y cuál es el costo unitario de R producido por este
sistema?
Posteriormente el fabricante del separador advierte que, debido a dificultades técnicas del equipo la
corriente de producto no puede purificada adecuadamente, Él asegura que la corriente de producto R
puede estar contaminada hasta con un 7,4% de A.
b) Sobre la base de una máxima contaminación del producto. Cuál es el costo unitario de R?
c) Podría Ud responder, en forma cualitativa como esta ineficiencia del separador afecta el tamaño del
reactor y la velocidad de reciclo?