Ejercicio.- El proceso (g + B(sol ~ (sol + D(g se lleva a cabo en un reactor discontinuo, en el cual se acepta que la concentración del reactivo gaseoso es constante. El proceso está regido por el transporte de materia en el interior del sólido. Para ciertas condiciones de operación y cuando el sólido posee un diámetro de cm el tiempo necesario para alcanzar una conversión del 90 por ciento es de 5 horas. alcúlese el tiempo necesario para alcanzar la misma conversión, cuando el sólido tiene un diámetro de cm, si el resto de las condiciones no varía a resión que relaciona tiempo y reducción de radio, si controla la difusión interna : ctet S S S a resión que relaciona tiempo y conversión si controla la difusión interna / cte t S ( X B X B Si el radio es 0,0m / 5 cte5h 0,0 ( 0,9 (0,9 cte,050 Si el radio es 0,05m / 5 0,05 ( 0,9 (0,9,050 t t, 5h Ecuación de diseño lecho fijo dv dx Q ( integrada 0 0 X V ln Q X Sustituyendo valores V Q ln X / 4(0,0 (,5(0,77(0,,5.0 0,5
de aquí X =,5 0 - En el lecho fluidizado, modelo de Kunii y evenspiel a ecuación de diseño : e b ce e b bc B u H 0 Sustituyendo valores 0,4 0. 0. 0. 0.00 6 0,05(0, 0.55 0. 0. 0.00 6 0,05(0, 0 0.9 0. 0. 0.00 8,.0 4 0.69 0 0.00 8,.0 4 0 9999 0, 0.0855 0.00 8,.0 4 0 X = 7, 0-5 Dado el valor de los diferentes términos, puede afirmarse que la reacción transcurre tanto en la fase emulsión, como en la fase nube ( 0, y 0,9 ya que las constantes de transportes son de un orden superior a la velocidad de reacción. mbos lechos proporcionan una velocidad de gas muy lenta, el lecho fluidizado es más flexible y con más posibilidades de control, pero su costo, dado el tamaño del sólido y la necesidad de mantenerlo en un rango muy estrecho, es más alto
Si control la difusión interna: M BG t ( X a B 6 D / ( X e 5 (4.0 0,5 700 5 (,5.0 6 0 / ( X X. 94 / ( X ( X 580 conversión total el termino de la izquierda tendría el valor muy inferior a.94, por tanto el sólido que ha permanecido horas está completamente convertido. M B a B G t G c 6 De c c c 00(50, 0 0.0(5 (5(0, 0 t 0,5 0,5 0,5 0, 0 0,5 9 (,.0 0 6 50
4 4 8695.6t 8,.0 (0.875.66.0 0, 75 0,875 0, 0 0,5 4 8, 70 t 7, 88.0 8. 0, 005 De los tres sumandos del miembro de la derecha el correspondiente al transporte externo tiene un valor despreciable, por tanto el transporte externo no influye en la cinética global del proceso. El ultimo miembro corresponde a la reacción química en la interfase y tiene un valor pequeño,. Por último el término debido a la difusión interna tiene un valor muy elevado, y es la etapa más lenta del proceso. Se necesitarían 9,60 5 segundos para que el frente alcanzara la mitad del radio de la pastilla debido al bajo coeficiente de difusión y al tamaño elevado del radio este tipo de proceso un radio de mm haría 00 veces más rápido el proceso. (Seguramente sería un lecho fluidizado.
Moles a transportar. y E ys GM ye ys 0, 0,0 0,05 0, 0,0,55.0 mols Variación en la concentración de B ceptando como simplificación Q B = moles de B = 0,9 (0,05 =0,045 moles /s B salida moles que permanecen 0,045-0,0055 = 0,045 en 0,9 m, por tanto la concentración es 0,048 Es necesario fijar los parámetro y E 9 DB 000(4.0 0,048, 4 0 DB B 0,048 E 9,4 D i 0,0/ 8 orresponde a este proceso una reacción rápida E = / tanh =, El diseño responde a V ( a J 0 moles transportados,55.0 mol / s P / H 0,0/ 8.50 J 7.750 0.05 6 G 0 4 HG E 8(5 0 (, molms 7 V (0.65((7, 750,55.0 V 50m 7
Ejercicio 7 l ser un reactor tipo flujo pistón en la fase gas. El cálculo del volumen se debe hacer por incrementos, teniendo en cuenta los diferentes valores en cada porción Parámetros característicos: D B.0 (5.0 4.0 4 9 0,,5 E DB D B i P / 0,4 El valor de estos parámetros en cada punto fijado se recoge en la Tabla Y se puede aceptar que E es siempre,5, proceso rápido pseudo primer orden, se desprecia Y se puede aceptar que E es siempre,5, proceso rápido pseudo primer orden, se desprecia p y i E E 0,004 0,00 0,0,5,000,5 0,008 0,004 0,0,5,000,5 0,0 0,006 0,0,5 7,667,5 0,06 0,008 0,04,5 6,000,5 0,0 0, 0,05,5 5,000,5
V ( aj V ( ae moles transportados E( I YE G' YE V ( ae E( YE G' Y int ervalo I E Y S int ervalo G' J Y/-Y ( ae E( I Valor medio YE YE V,4E-05 0,00004,475E+0,84E-05 0,00406 7,77E+0,07E+0 0,000 0,65 4,6E-05 0,00606 4,98E+0 6,48E+0 0,0000 0,49 5,648E-05 0,008064,689E+0 4,0E+0 0,000 0,0878 7,060E-05 0,000,95E+0,0E+0 0,0006 0,0676 0,5074 Fase gas Fracción molar entrada y salida 0,/, = 0,8 y 0,0/, = 0,067 moles de inerte G(-Y E =G,8 0- ( 0,8 =,87. 0 - moles retenidos 0,0404mol/s YE G ' Y E Y S,87.0 0,8 0,067 4,744.0 0,8 0,067 4 G en mol/m oncentración de en equilibrio con gas a P 0,0 atm I = 0,0/=0,0mol/m oncentración de en la fase líquida se acepta despreciable
Parámetros característicos: D B 0(0 9,5.0 00 4 6,67 E DB B 00 0 Di 0,0 5 Dado el valor de estos parámetros, el proceso se comporta como una reacción de pseudo primer orden, rápida, y por tanto E = 6,67. y resulta despreciable El diseño: V ( aj moles transportados V ( ae E( I Sustituyendo valores 4 4 V ( 0,9(00(,50 6,67(0,0 4,744.0 V = 4,74 m