18. En un RCTA se desarrolla la reacción elemental, endotérmica e

irreversible, en fase líquida A + B → C . El reactor dispone de una camisa de vapor a presión, adecuada para calefacción. La alimentación consiste en una mezcla de A y B, cuya concentración es la misma para los dos e igual a 2 kmol/m3, la cual se introduce en el reactor a 300 K, con un caudal 3 10 -2

m3/minuto. El volumen total del reactor es 1,2 m3, y se quiere obtener una conversión del 60% de A.

a) Encuéntrese la temperatura a la que ha de funcionar el reactor para conseguir la conversión deseada.

b) ¿A qué temperatura ha de condensar el vapor de calefacción?. ¿Cuántos kg de vapor de calefacción condensarán por hora?.

La constante cinética vale 1,035 m3/kmol h para una temperatura de 300 K y la energía de activación vale 10000 J/mol. El calor de reacción a 300 K val 41860 J/mol de A. Puede considerarse que los valores específicos medios, para el intervalo de temperaturas de trabajo, toman los siguientes calores: cpA = cpB = 83,7 J/mol K; cpC = 167,4 J/mol K. El área de la superficie de transmisión de calor es de 6 m2. El coeficiente global de transmisión de calor desde el fluido calefactor a la mezcla reactiva vale U = 15070 kJ/h m2 K. El

calor latente de vaporización del agua vale ΔvH (kcal /kg )= 606 ,5 − 0 ,695 T ( ºC ).

a )F A0−F A−rAV=0

F A0 xA−kcA02 (1−xA )2V=0

k=F A0 xA

cA02 (1−xA )2V

=4 ,69⋅10−2m3/kmol min=Ae−E /RT

k=k1exp {ER ( 1T 1−1T )}=57 ,04exp(−100008 ,314T )m3 /kmol h=0 ,95exp(−100008 ,314T )m3 /kmol min

T= −ER ln(k /A )

=400K

b )JxA=T−T 0−κ (T f−T )

T f=T +T−T 0−JxA

κ=401 ,7K

q=UA (T f−T )=mv ΔvH

mv=UA (T f−T )ΔvH

=71 ,1kg /h

5. La reacción irreversible elemental en fase líquida

2 A ⇒ B

se desarrolla isotérmicamente. Calcúlese el tiempo de reacción necesario para conseguir una conversión del 80% en un RDTA con concentración inicial de A de 2 mol/L. Cacúlese también el volumen de reactor y el tiempo espacial para conseguir esta conversión en: a) Un RCTAb) Un RFPEn estos dos casos el reactor se alimenta con un caudal de 2 L/min de una corriente de la misma composición de la mezcla inicial del RDTA.La constante de velocidad a la temperatura de operación vale 0,4 L/mol min.

RDTAdc A

dt=−rA=−kcA

2

t=∫0

t

dt=−∫c A0

c A dcA

kcA2=1k ( 1c A

− 1cA 0

)= xA

kc A0(1−x A )=5min .

RCTA F A0−F A−r AV=F A0−F A−kcA2 V=0

V=F A0−F A

kcA2

=FA 0 xA

kcA02 (1−xA )2

=V cA0 xA

kcA02 (1−x A )2

=50L ; τ=25min .

RFP −dF A−rA dV=F A0 dxA−r A dV=0

VF A0

=∫0

VdVF A0

=∫0

xA dxAkcA0

2 (1−xA)2=x A

kcA 02 (1−x A )