Problema 2.07. En un rcta se está desarrollando en fase líquida la reacción irreversible de primer orden A1 → A 2 . El reactor, de 10 m3 de volumen, funciona en régimen estacionario y el alimento (exento de A2) se introduce con un caudal volumétrico de 10-2 m3/s y con una concentración de 5 kmol de A1/m3, siendo la densidad de la solución de 850 kg/m3. a) Para evitar que tenga lugar una reacción secundaria de formación de un producto indeseable se ha de procurar que la temperatura de reacción no supere los 340 K. Demostrar que si el alimento se introduce a 310 K y se monta un serpentín refrigerante, manteniendo la temperatura del fluido refrigerante al valor constante de 310 K, se podrá alcanzar un grado de conversión de 0.8 sin que se produzca el encendido de la reacción. Calcular el valor que el producto U · A debe tener. b) En el caso de que la temperatura del alimento se redujera a 300 K, demostrar que, una vez alcanzado el estado estacionario, se continuaría obteniendo un grado de conversión de 0.8 si la temperatura del refrigerante se elevara hasta 331 K (manteniéndose prácticamente constante a lo largo de todo el serpentín). Comentar el papel que juega en este caso el serpentín de refrigeración. Supóngase que el valor del producto U · A es el obtenido en el apartado anterior. Datos y notas ⎛ −12000 ⎞ −1 13 ⎟ s . La constante de velocidad de la reacción vale k = 10 ⋅ exp ⎜ ⎝ T ⎠ El calor de reacción vale –20000 kJ/kmol de A1 y el calor específico medio de la solución vale 2.2 kJ/kg · K.
REACTOR TIPO: rcta, EE Nº REACCIONES: 1 FASE: LÍQUIDA BALANCE DE MATERIA: c k0 ·X + ν k ·r·τ = 0 BALANCE DE ENERGÍA: T − T0 − J ⋅ X = Q REACCIÓN ESQUEMA:
A1 → A 2
c1 = c10 ⋅ (1− X) ; ρsolución = 850 kg/m 3
TERMODINÁMICA: EXOTÉRMICA
A. Barba Juan / C. Clausell Terol - ISBN: 978-84-697-1981-7
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Problemas resueltos de reactores químicos y bioquímicos - UJI - DOI: http://dx.doi.org/10.6035/Sapientia99