Reactor PFR y CSTR de Volumen Constante

 PRACTICA 2. 

Reactor PFR y CSTR de Volumen Constante 

Objetivo. 

Determinar el efecto del volumen de reactor y de la velocidad de alimentación molar en la conversión y en el tiempo de operación para lograr una producción objetivo, en un PFR y en un CSTR isotérmico y de volumen contante. 

Planteamiento del Problema. 

El ftalato de dibutilo (DBT), un plastificante, tiene un mercado potencial de 12 millones de lb/año y se va a producir por la reacción de n-butanol con ftalato de monobutilo (MBP). La reacción obedece una ley de velocidad elemental y se cataliza con H2SO4, Una corriente que contiene MBP y butanol se mezclarán con el catalizador H2SO4 inmediatamente antes de ingresar al reactor. La concentración de MBP en la corriente que ingresa en el reactor es de 0.2 lb mol/ft3, y la velocidad de alimentación molar del butanol es cinco veces mayor que la de MBP. La velocidad de reacción específica a 100 °F es de 1.2 ft3 / lb mol∙h. 

Su jefe inmediato le requiere contestar lo siguiente: 

a) La conversión a la salida de un reactor CSTR de 100, uno de 500 y uno de 1000 gal, si es necesario producir un 33 % del mercado esperado (es decir, 4 millones de lb/ año) operando 30 días del año las 24 horas del día.  

b) ¿Qué volumen de CSTR se necesitaría para alcanzar una conversión de 85%? Con una velocidad de alimentación molar de MBP de 1, 5 y 10 lb-mol/min y las mismas condiciones referidas en el párrafo del planteamiento del problema. 

c) ¿Cómo se comparan los resultados de la parte (b) con los del PFR necesario para alcanzar una conversión del 85% 

Metodología 

1) Establezca el sistema de ecuaciones y la secuencia para resolver el inciso a. Sustituya datos y obtenga los resultados que se le piden. 

2) Establezca el sistema de ecuaciones y la secuencia para resolver el inciso b. Sustituya datos y obtenga los resultados que se le piden. 

3) Establezca el sistema de ecuaciones y la secuencia para resolver el inciso c. Sustituya datos y obtenga los resultados que se le piden tanto de forma analítica como en Polymath. 

4) Realice 2 tablas que concentren los resultados de los incisos a, b y c. 

5) Concluya en función de las preguntas a, b y c y del objetivo planteado. 

PRACTICA 3 

Reactor PFR y CSTR de Volumen Variable 

Objetivo. 

Determinar el efecto del tipo de reactor y de las variables de operación en el volumen del reactor para una reacción en fase gaseosa de volumen variable con operación isotérmica para toma de decisiones, tanto para reacciones irreversibles como reversibles. 

Planteamiento del Problema. 

La reacción elemental en fase gaseosa, 

(CH3)3COOC(CH3)3→C2H6+2CH3COCH3 

se efectúa isotérmicamente en un reactor de flujo sin caída de presión. La velocidad de reacción específica a 50°C es de 10-4 min-1 y la energía de activación es de 85 kJ/mol. Peróxido de diterbutilo puro entra en el reactor a 10 atm y 127 °C con una velocidad de flujo molar de 2.5 mol/min. 

a)     Decida, en función del volumen del reactor, en qué tipo de reactor llevaría a cabo el proceso para lograr una conversión del 90%, CSTR o PFR. Debe justificar su decisión con cálculos. 

b)    Sugiera, qué variables debería mover y en qué magnitud para lograr reducir los volúmenes calculados en el inciso anterior, en al menos 20%. Las únicas variables que no puede cambiar son presión y energía de activación. Justifique su sugerencia con cálculos. 

c)     Si la reacción es reversible, con Kc = 0.025 mol2/dm6, cuál sería su respuesta al inciso a) para alcanzar una conversión que sea del 90% de la conversión de equilibrio. 

Metodología 

1) Establezca el sistema de ecuaciones y la secuencia para resolver el inciso a. Resuelva en Polymath para ambos reactores. Compare los volúmenes obtenidos y concluya. 

2) Resuelva el sistema de ecuaciones planteado con las nuevas variables de operación en Polymath. Elabore una tabla comparativa y concluya. 

3) Establezca el sistema de ecuaciones y la secuencia para resolver el inciso c. Sustituya datos y obtenga los resultados en Polymath. Compare los volúmenes obtenidos y concluya. 

4) Concluya en función del objetivo planteado. 

PRACTICA 4

Reactor PFR: operación adiabática

Objetivo.

Determinar el efecto del modo de operación (isotérmico o adiabático) y de otras variables de operación tales como temperatura de alimentación, velocidad de alimentación molar del reactivo limitante y área transversal, en el volumen y longitud de reactor necesario para alcanzar una conversión específica, mediante la aplicación de balances de materia y energía, y el uso de software especializado.

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