Este documento presenta varios ejemplos relacionados con el diseño de reactores químicos. Se proporcionan datos sobre reacciones químicas, caudales, conversiones y temperaturas. Se piden cálculos para determinar parámetros como volumen de reactor, temperatura y conversión, utilizando ecuaciones de diseño isotérmico y adiabático.

2. EJEMPLO
Cp ( cal / mol º )
A = 14 B = 11 R = 8 I = 9
Se realiza la reacción elemental en fase líquida: A + 2B  2R
Se dispone de un flujo de 100 (ltr / min) a 30 ºC. Si se alimenta a un RTAC adiabático de 75 ltrs.
una mezcla estequeométrica con CAo = 2,5 (mol / ltr), se obtiene una conversión de 60 %.
Si la alimentación se calienta hasta 97 ºC, la conversión sube a 75 %.
a) Si se suministran 1323 Kcal / min a la primera alimentación calcule el Volumen de un RTAC
para una conversión de 60 %.
b) Si a la primera alimentación se agrega un inerte (40 % m), a que temperatura debe estar
para que la conversión sea de 50% en el primer reactor.
c) Si se carga una mezcla con CAo = CBo = 2,5 (mol / ltr) a 40 ºC a un RTAC adiabático, calcule el
Volumen requerido para lograr una conversión de 45 %.
d) Calcule la conversión de A, si el Volumen mínimo de un RTAC adiabático es de 80 ltrs. si T
máxima permisible es de 620 ºC, usando la primera alimentación.
D HR = - 12.000 ( cal / mol ) a 25 ºC.

3. EJEMPLO
Cp ( cal / mol º )
A = 14 B = 11 R = 8 I = 9
Se realiza la reacción elemental en fase líquida: A + 2B  2R
Se dispone de un flujo de 100 (ltr / min) a 30 ºC. Si se alimenta a un RTAC adiabático de 75 ltrs.
una mezcla estequeométrica con CAo = 2,5 (mol / ltr), se obtiene una conversión de 60 %.
Si la alimentación se calienta hasta 97 ºC, la conversión sube a 75 %.
a) Si se suministran 1323 Kcal / min a la primera alimentación calcule el Volumen de un RTAC
para una conversión de 60 %.
b) Si a la primera alimentación se agrega un inerte (40 % m), a que temperatura debe estar
para que la conversión sea de 50% en el primer reactor.
c) Si se carga una mezcla con CAo = CBo = 2,5 (mol / ltr) a 40 ºC a un RTAC adiabático, calcule el
Volumen requerido para lograr una conversión de 45 %.
d) Calcule la conversión de A, si el Volumen mínimo de un RTAC adiabático es de 80 ltrs. si T
máxima permisible es de 620 ºC, usando la primera alimentación.
D HR = - 12.000 ( cal / mol ) a 25 ºC.

4. DATOS
• CASO1
• Vreactor= 75 lts
• CAo= 2,5 mol/lt
• Qalimentacion = 100 lt/min
• Talimentacion = 20 °C= 293 °K
• xconversionA = 60%
• CASO2
• Vreactor= 75 lts
• CAo= 2,5 mol/lt
• Qalimentacion = 100 lt/min
• Talimentacion = 97 °C= 368 °K
• xconversionA = 75%

5. RECORDATORIO
• Si todos las sustancias entran a la misma
temperatura se puede factorizar por el
diferencial de temperatura. Se procede a
dividir toda la expresión por el valor de flujo
de entrada del reactivo limitante ( A ) FAe
quedando:
𝐐
𝐹𝐴𝑒
= 𝐶𝑃𝐴 +
𝐹𝐵𝑒𝐶𝑃𝐵
𝐹𝐴𝑒
+
𝐹𝑍𝑒𝐶𝑃𝑍
𝐹𝐴𝑒
𝑇𝑠 − 𝑇𝑒 + 𝑥𝐴 ∆𝐻𝑅𝑄𝑋
Para una reacción química del tipo aA + bB  zZ

6. ECUACIONES DE DISEÑO
Sistema Adiabático
Línea de operación adiabática
𝑋𝐴 =
𝐶𝑃𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 +
𝐹𝑗 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐶𝑃𝑗
𝐹𝐴𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
− ∆𝐻𝑅𝑄𝑋
CONOCIDA LA CONVERSION DE SALIDA ES A PARTIR DE ESTA EXPRESION QUE SE OBTIENE
LA TEMPERATURA DE SALIDA PARA PODER EVALUAR K

7. D HR = - 12.000 ( cal / mol ) a 25 ºC. A + 2B  2R
Cp ( cal / mol º )
A = 14 B = 11 R = 8 I = 9
CALCULO DEL CALOR DE REACCION A TEMPERATURA DE SALIDA
∆𝐻𝑅𝑄𝑋 = ∆𝐻𝑅𝑄𝑋 𝑇° + ∆𝐶𝑃 𝑇𝑆 − 𝑇°
∆𝐶𝑃 =
8
2
−
11
1
−
14
2
= −14
∆𝐻𝑅𝑄𝑋 = −12.000 − 14 𝑇𝑆 − 𝑇°
𝑋𝐴 =
11 +
5 ∗ 100 ∗ 14
2,5 ∗ 100
𝑇𝑠 − 𝑇°
− −12.000 − 14 × 𝑇𝑠 − 𝑇°

8. DETERMINACION DE TEMPERATURA
• CASO 1.
• Talimentacion = 20 °C= 293 °K
• xconversionA = 60%
• 0,6 =
39 𝑇𝑠−293
− −12.000−14× 𝑇𝑠−293
• Ts= 528,2 °K
• CASO2
• Talimentacion = 97 °C= 368 °K
• xconversionA = 75%
• 0,75=
39 𝑇𝑠−368
− −12.000−14× 𝑇𝑠−368
• Ts=683,78 °K

9. DETERMINACION DE K
• CASO 1
• Vreactor= 75 lts
• CAo= 2,5 mol/lt
• Qalimentacion = 100 lt/min
• xconversionA = 60%
•
75
100
=
1−0,6
4𝐾2,52 1−0,6 3
• K=0,333 1/( (mol/lt)2 min)
• CASO2
• Vreactor= 75 lts
• CAo= 2,5 mol/lt
• Qalimentacion = 100 lt/min
• xconversionA =75%
•
75
100
=
1−0,75
4𝐾2,52 1−0,75 3
• K=0,853 1/( (mol/lt)2 min)
Ecuación base de diseño tanto para
un reactor funcionando en régimen
isotérmico o adiabático
𝜏 =
𝑉
𝑟
𝑄
=
𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴𝑠
−𝑟𝐴
𝜏 =
𝑉
𝑟
𝑄
=
𝐶𝐴0 1 − 𝑋𝐴𝑠
𝐾𝐶𝐴𝐶𝐵
2
ALIMENTACION ESTEQUIOMETRICA 
𝐶𝐴
1
=
𝐶𝐵
2
𝜏 =
𝑉
𝑟
𝑄
=
1 − 𝑋𝐴𝑠
4𝐾𝐶𝐴0
2
1 − 𝑥𝐴𝑠
3

10. Calculo de Ko y Ea/R
𝐾 = 𝐾𝑜 𝑒
−𝐸𝑎
𝑅𝑇
Temperatura Constante
528,2 °K 0,333 1/( (mol/lt)2 min)
683,78 °K 0,853 1/( (mol/lt)2 min)
−𝐸𝑎
𝑅
=
ln
𝐾1
𝐾2
1
𝑇1
−
1
𝑇2
−𝐸𝑎
𝑅
=
−0,941
4,307∗10−4 = −2184,49
𝐾0 = 20,824

11. Si se suministran 1323 Kcal / min a la primera alimentación calcule el
Volumen de un RTAC para una conversión de 60 %.
Vreactor= ?
CAo= 2,5 mol/lt
Qalimentacion = 100 lt/min
Talimentacion = ?
xconversionA = 60%
Para determinar el volumen del reactor se
requiere conocer K
Para conocer K se requiere saberla
temperatura de reacción
Para determinar la temperatura de reacción
se requiere conocer la temperatura de
alimentación.
𝜏 =
𝑉
𝑟
𝑄
=
𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴𝑠
−𝑟𝐴
𝐶𝐴𝐿𝑂𝑅𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 = 𝐶𝐴𝐿𝑂𝑅𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜
𝐶𝐴𝐿𝑂𝑅𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 = 𝑚𝐶𝑝∆𝑇=(Q(CA0 CpA +CB0 CpB )(T-298)
1323000= 100(2,5 ∗ 14 + 5 ∗ 11) 𝑇 − 298
T = 445 °K

12. • Luego se obtiene que T de reacción es 680,3°K
• Con este valor se obtiene que
»K=0,83941/( (mol/lt)2 min)
• Luego Vr sera 29,8 lt
• ¿SERA LOGICO ESTE RESULTADO?

13. b) Si a la primera alimentación se agrega un inerte (40 % m), a que temperatura debe
estar para que la conversión sea de 50% en el primer reactor.
CASO1
Vreactor= 75 lts
CAo= 2,5 mol/lt
CBo= 5,0 mol/lt
CIo= 5,0 mol/lt
Qalimentacion = 100 lt/min
Talimentacion = 20 °C= 293 °K
xconversionA = 50%
0,5 =
11 +
5 ∗ 100 ∗ 14
2,5 ∗ 100
+
5 ∗ 100 ∗ 9
2,5 ∗ 100
𝑇𝑠 − 293
− −12.000 − 14 × 𝑇𝑠 − 293
Ts = 446 °K

14. c) Si se carga una mezcla con CAo = CBo = 2,5 (mol / ltr) a 40 ºC a un
RTAC adiabático, calcule el Volumen requerido para lograr una
conversión de 45 %.
Vreactor= ? lts
CAo= 2,5 mol/lt
CBo= 2,5 mol/lt
Qalimentacion = 100 lt/min
Talimentacion = 40 °C= 313 °K
xconversionA = 45%
Para determinar el volumen del reactor se
requiere conocer K
Para conocer K se requiere saberla
temperatura de reacción
0,45 =
14 +
2,5 ∗ 100 ∗ 11
2,5 ∗ 100
𝑇𝑠 − 313
− −12.000 − 14 × 𝑇𝑠 − 313
Ts= 601,75 °K
K=0,552 1/ ( (mol/lt)2 min)
Vreactor =9,8 lt

15. Calcule la conversión de A, si el Volumen mínimo de un RTAC
adiabático es de 80 ltrs. si T máxima permisible es de 620 ºC, usando
la primera alimentación.
CASO1
Vreactor= 80 lts (minimo)
CAo= 2,5 mol/lt
Qalimentacion = 100 lt/min
Talimentacion = 20 °C= 293 °K
xconversionA = ?
Tmaxima salida = 620 °C = 893 °K
Si se mantiene como volumen minimo los 85 litros ,
entonces la conversion seria X conversion =0,583 y la
temperatura maxima seria T=510 °K
Si se mantiene como T máxima permisible es
de 620 ºC el volumen seria 17 litros ,
entonces la conversion seria X conversion =0,379

16. EJEMPLO 2
• En un reactor tubular se desarrolla una reacción exotérmica
irreversible de segundo orden: 2A  R k = 30 e-1000/T (ltr/mol min)
• Si la alimentación es A puro: CAo = 2 (mol/ltr) con un caudal de Q
= 100 (ltr/min) a 20 °C . Para una conversión de 60% calcule el
tamaño del reactor si opera Isotermicamente y si opera
Adiabaticamente.
• Datos:
• CpA = 8 (cal/mol°) CpR = 10 (cal/mol°)
• DHo
R = -5300 (cal/mol) a 300 °K
•

17. Isotérmico
Ecuación de diseño Cálculos
• k = 30 e-1000/T (ltr/mol min)
• T= 298 °K
• K= 1,046 (ltr/mol min)
• Q=100 lt/min
• XA=60%
• Vr= 119,5 lts
•
𝑽𝑹𝒊
𝑭𝑨𝟎
= 𝒙𝑨𝒊−𝟏
𝒙𝑨𝒊 𝒅𝒙𝑨
−𝒓𝑨
• −𝒓𝑨 = 𝒌𝑪𝑨
𝟐
• −𝒓𝑨 = 𝒌𝑪𝑨𝒐
𝟐
𝟏 − 𝒙𝑨
𝟐
•
𝑽𝑹𝒊
𝑸
= 𝒙𝑨𝒊−𝟏
𝒙𝑨𝒊 𝑪𝑨𝒐𝒅𝒙𝑨
𝒌𝑪𝑨𝒐
𝟐
𝟏−𝒙𝑨
𝟐
• 𝑽𝑹 = 𝑸 𝟎
𝒙𝑨 𝒅𝒙𝑨
𝒌𝑪𝑨𝒐 𝟏−𝒙𝑨
𝟐
• 𝑽𝑹 =
𝑸
𝒌𝑪𝑨𝒐 𝟏−𝒙𝑨

18. Adiabático
Ecuaciones de diseño Cálculos 2A  R
• CpA = 8 (cal/mol°) CpR = 10 (cal/mol°)
• DHo
R = -5300 (cal/mol) a 300 °K
• ∆𝐻𝑅𝑄𝑋 = −5300 + ∆𝐶𝑃 𝑇𝑆 − 300
• 𝑋𝐴 =
𝐶𝑃𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒+
𝐹𝑗 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐶𝑃𝑗
𝐹𝐴𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑇𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎−𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
− ∆𝐻𝑅𝑄𝑋
•
𝑽𝑹𝒊
𝑭𝑨𝟎
= 𝒙𝑨𝒊−𝟏
𝒙𝑨𝒊 𝒅𝒙𝑨
−𝒓𝑨
• Se construye tabla xA vs 1/(-rA) y se
calcula área bajo la curva
CALCULO DEL CALOR DE REACCION A
TEMPERATURA DE SALIDA
∆𝐻𝑅𝑄𝑋 = ∆𝐻𝑅𝑄𝑋 𝑇° + ∆𝐶𝑃 𝑇𝑆 − 𝑇°
𝑋𝐴 =
8 𝑇𝑠 − 298
− −5300 + ∆𝐶𝑃 𝑇𝑆 − 300

19. Ejercicio
• Repetir ejemplo anterior suponiendo que la
reacción es en fase gaseosa