REACTORES QUÍMICOS Primer Examen Parcial Parte I: Libro cerrado. 18 de abril de 2005

Transcripción

1 REACTORES QUÍMICOS Primer Examen Parcial Parte I: Libro cerrado 18 de abril de 25 Apellido, Nombres: 1. La reacción A 2B es reversible, exotérmica y se lleva a cabo en ase gas en el reactor tubular con reciclo que se muestra en la igura 1 F A I, F T, P F R F FR R = F Figura 1 Usted ha sido puesto a cargo de la operación del reactor y tiene como objetivo maximiar la velocidad de producción de B (kmol B/h). Para ello, debe especiicar cinco variables operativas en algún valor dentro de los rangos que se indican: T: temperatura del reactor 25ºC T 35 ºC P: presión del reactor 1 atm P 1 atm F A : caudal de alimentación resca del reactivo A 8 kmol A /h F I : caudal de alimentación resca de inertes 5 kmol I /h FA 13 kmol A /h FI 15 kmol I /h FR R = : relación de reciclo.1 R 2 F Especiique las cinco variables dentro de los rangos admisibles, asumiendo que en el reactor se alcanan condiciones muy próximas al equilibrio químico (justiique cada respuesta).

2 2. Escriba el balance de masa para cada uno de los siguientes reactores. Expréselos en términos de conversión y considere que en las corrientes rescas sólo está presente A. Indique que tipo de conversiones ha utiliado (parciales/totales). La reacción que se lleva a cabo es A B F A1 F A2 F A1 F A3 λf A1 F A2 3. Nombre un reactor industrial de la región de Bahía Blanca, especiique que reacción se lleva a cabo en él y cuáles son las principales características técnicas del mismo.

3 REACTORES QUÍMICOS Primer Examen Parcial Parte II: Libro abierto 18 de abril de 25 Apellido, Nombres: 1. La reacción elemental irreversible que se muestra a continuación ocurre en ase acuosa A + B R+S y es llevada a cabo en orma isotérmica de la siguiente manera: dos corrientes con igual caudal volumétrico son mecladas antes de ingresar a un TAC de 4 litros. Una corriente contiene.16 mol/l de A, y la otra 1.4 mol B/ l. La salida del TAC es enviada a un RT de 16 litros. Se encontró que algo de R se orma en el TAC siendo su concentración de salida igual a.2 mol R/l. Encontrar la conversión global y C R a la salida del RT. 2. Considere la siguiente reacción: 2 A B La reacción se lleva a cabo a 76 ºC, una presión total de 5 atm y con una alimentación de A puro. La constante especíica de velocidad a 76 ºC es de 18 t 3 /lbmol s y la constante de equilibrio a esa misma temperatura es de.8. a) Determine la conversión de equilibrio b) Calcule el volumen de un reactor tubular necesario para lograr un 8% de la conversión de equilibrio. (caudal de alimentación de A: 1 lbmol/min) c) Calcule el volumen de un TAC necesario para lograr un 8% de la conversión de equilibrio. (caudal de alimentación de A: 1 lbmol/min)

4 REACTORES QUÍMICOS Segundo Examen Parcial Parte I: Libro cerrado 24 de mayo de 25 Apellido, Nombres: 4. Las iguras presentadas en la columna adjunta representan la concentración del sustrato limitante, producto y biomasa medidos en un reactor discontinuo en unción del tiempo. Las líneas a traos (experiencia 1) en todas las iguras representan a una reacción biológica que produce un metabolito primario, donde las células no experimentan (al menos en las 2 h de reacción monitoreadas) muerte y donde el sustrato sólo se utilia para generar biomasa. X, S, P, g/l s1 s2 P1 P tiempo, h x1 x Escriba los balances de masa para el sustrato, producto y biomasa para la experiencia nombrada como s3 P Escriba los balances de masa para el sustrato, producto y biomasa correspondientes a las experiencias 2, 3 y 4. Indique claramente las hipótesis que asume y por qué selecciona el modelo cinético que propone para cada una de las experiencias Determine a partir de la gráica el Y xp y el Y xs para la experiencia 1. X, S, P, g/l s1 P tiempo, h x3 x P4 X, S, P, g/l s1=s4 P1 6 4 x1=x tiempo, h

5 5. Dibuje para cada uno de los esquemas cinéticos que se presentan a continuación las concentraciones de todas las especies en unción del tiempo. Utilice los gráicos que se proveen A+B C B+C D C A =4 mol /dm 3, C B =6 mol /dm 3, C C =C D = A B C B D C A =6 mol /dm 3, C B =C C =C D =

6 REACTORES QUÍMICOS Primer Examen Parcial Parte II: Libro abierto 24 de mayo de 25 Apellido, Nombres: 1. Las siguientes reacciones: kp A P k X A X ky A Y son llevadas a cabo en un reactor isotérmico continuo con un tiempo de residencia ijo de 15 minutos. Se dispone de los siguientes reactores: Reactor Rango térmico de trabajo 1. TAC 3-52 K 2. TAC 52-7 K 3. RT 3-52 K 4. RT 52-7 K 1.1. Qué reactor elegiría y a qué temperatura lo operaría si el objetivo es maximiar la selectividad global hacia el producto deseado P? Cuál es el valor de S P máximo que es posible alcanar en el reactor elegido en el punto 1.1? 1.3. Cuál es el valor del rendimiento hacia P cuando el reactor elegido opera en condiciones de máxima selectividad?. Datos: k k k P X Y ( seg ( seg ( seg ) = ) = ) = exp( 12 T ), exp( 7 T ) 1 exp( 18 T ) T (K) 2. Los siguientes datos ueron obtenidos en un tanque continuo durante la oxidación de pesticidas presentes en un eluente, mediante un cultivo de microorganimos: D S (pesticidas mg/l) X(mg/l) Asumiendo que la concentración de pesticida en el eluente es de So=5 mg/l, determine Yxs, β, µ m y Ks. Considere que el sustrato se utilia solo para producir biomasa.

7 Apellido, Nombres: REACTORES QUÍMICOS TercerExamen Parcial Parte I: Libro cerrado 21 de junio de La reacción elemental irreversible A B se lleva a cabo en un reactor tubular. Dibuje los periles axiales de las variables que se le solicitan en los gráicos adjuntos Suponga que el reactor opera adiabáticamente. Reacción exotérmica Reacción endotérmica Conversión Conversión -ra -ra

8 3.2. Suponga que el reactor intercambia calor con un luido que circula por la carcasa externa del reactor a temperatura constante. Reacción exotérmica -Reactor Rerigerado TA1 <T Reacción endotérmica -Reactor Caleaccionado TA1 >T TA2 >T TA2 <T xa xa Explique brevemente (para los puntos 1.1 y 1.2) pero en orma clara y concisa en que se undamenta para establecer la orma de los periles térmicos.

9 4. Considere la siguiente reacción heterogénea ocurre en ase gas: CO+H 2 O CO 2 +H 2 Considere la siguiente inormación experimental: -r p CO = p H 2O =p H2 = 1 atm -r p CO = p H 2O =p H2 = 1 atm p H 2O p CO 2 -r p CO = p H 2O =p CO2 = 2 atm -r y CO= y H2O=.5 p H 2 Presión Total 4.1. Sólo mediante la inspección de las gráicas estableca la expresión de la velocidad de reacción. Escriba el mecanismo e indique la etapa controlante que permiten obtener la expresión de velocidad de reacción hallada.

10 REACTORES QUÍMICOS Tercer Examen Parcial Parte II: Libro cerrado 21 de Junio de 25 Apellido, Nombres: 1. La siguiente reacción ocurre en ase gas: A+B 2C Se lleva a cabo en un RT adiabático. Los reactivos A y B ingresan al reactor en orma equimolar a una temperatura de 27 ºC y con un caudal volumétrico de 2dm 3 /s. 1.1 Calcular el volumen del reactor que permite alcanar una conversión del 85%. 1.2 Estime el valor máximo de la temperatura de entrada al reactor si se desea alcanar una conversión del 85% y la temperatura de los gases no puedan exceder los 55 K, temperatura a la que se inicia la descomposición térmica (craqueo) de los reactivos y productos. Datos adicionales: H o A ( 273 K) = 2Kcal / mol H o B ( 273 K) = 15Kcal / mol H o c ( 273 K) = 2.5Kcal / mol C AO =. 1 mol/dm CPA = CPB = CPC =15 cal / molk 5 k = 1.93 x 1 exp( / T ) dm 3 3 / mol s

11 2. Considere las siguientes reacciones que ocurren en ase gas: A B C Se llevan a cabo en un TAC que intercambia calor con un serpentín inmerso en el tanque 2.1 Calcule la temperatura de operación del TAC 2.2 Calcule el volumen del reactor 2.3 Calcule el área de transerencia de calor necesaria Datos adicionales Producto: La relación C B /C C a la salida del reactor es igual a 1. La conversión de A es del 5 % Alimentación Se alimenta A puro con un lujo molar de.5 lbmol/s El caudal volumétrico es de 7.85 t 3 /s La temperatura es de 4 ºF La presión en el reactor es de 4 atm Capacidades caloríicas: CPA = CPB = CPC = 25 BTU / lbmolº F Reacción 1: Reacción 2: 9 1 k1 = 2 x 1 s E1 = 31BTU / lbmol H1 = 15BTU / lbmol A 11 1 k2 = 1x 1 s E 2 = 4BTU / lbmol H 2 = 2BTU / lbmol C Transerencia de calor: El medio caleactor es vapor saturado a alta presión (35 ºF) U = 4 BTU/ h t 2 ºF