Diseño
de reactores. Parte 4. Reactores isotérmicos de flujo continuo en fase gaseosa.
Este ejercicio está basado en el problema 12A de Fogler (2001).
La reacción en fase gaseosa A ---> B + C se realiza isotérmicamente en un reactor por lotes con un volumen constante de 20 dm^3. 20 mol de A se colocan inicialmente en el reactor. El reactor está bien mezclado,
a)
si la reacción es de primer orden: -rA=k*CA, con k=0.865 min-1. Calcule el
tiempo necesario para reducir el número de moles de A en el reactor a 0.2 mol
(Nota: NA=CA*V).
b)
si la reacción es de segundo orden: -rA=k*C2A, con k=2 dm3/mol*min. Calcule el
tiempo necesario para consumir 19.0 mol de A.
c)
si la temperatura es de 127°C, calcule la presión total inicial. Calcule la
presión total final suponiendo que en la reacción se consume totalmente A.
Programa
para el inciso A. Cinética de reacción de primer orden.
El
código para el planteamiento del problema se escribió en el programa
foglercap1ej12UNO.m y las instrucciones para ejecutar la solución se
escribieron en el programa foglercap1ej12UNOrun.m. El código de ambos programas
se muestra a continuación y el gráfico con los resultados se puede ver en la
Figura 4.
%
foglercap1ej12a
function
dy=foglercap1ej12UNO(t,y)
k=0.865; % constante cinetica de orden uno (min^-1)
V=20; % volumen en dm^3; Na=Ca*V; Nao= 20 mol;
Cao=1 mol/dm^3
%
cuando en el reactor hay 0.2 mol de A, Ca=0.01 mol/dm^3
dy=-k*y*V;
%
foglercap1ej12UNOrun
[t,y]=ode45('foglercap1ej12UNO',[0
1],1);
[t,y]
plot(t,y,'k-')
xlabel('tiempo
(min)')
ylabel('concentracion
[A] (mol/dm^3)')
title('reactor
por lotes con cinetica de primer orden')
grid
Figura
4. Gráfico de tiempo contra concentración de A en un reactor por lotes con
cinética de primer orden.
La
condición final, 0.2 mol (0.01 mol/dm3), se cumple aproximadamente en el punto
(0.26355, 0.010477).
Programa
para el inciso B. Cinética de reacción de segundo orden.
El
planteamiento del problema se escribió en el archivo foglercap1ej12DOS.m y las
instrucciones para obtener la solución se guardaron en el archivo
foglercap1ej12DOSrun.m. A continuación se muestra el código de los programas y
el gráfico de los resultados obtenidos (Figura 5).
% foglercap1ej12DOS
function
dy=foglercap1ej12DOS(t,y)
k=2; % constante cinetica de orden dos
(dm^3/mol*min)
V=20; % volumen en dm^3; Na=Ca*V; Nao= 20 mol;
Cao=1 mol/dm^3
%
cuando en el reactor hay 1.0 mol de A, Ca=0.05 mol/dm^3
dy=-k*y^2*V;
%
foglercap1ej12DOSrun
[t,y]=ode45('foglercap1ej12DOS',[0
1],1);
[t,y]
plot(t,y,'k-')
xlabel('tiempo
(min)')
ylabel('concentracion
[A] (mol/dm^3)')
title('reactor
por lotes con cinetica de orden dos')
grid
Figura
5. Gráfico de tiempo contra concentración de A en un reactor por lotes con
cinética de orden dos.
La
condición final, 1.0 mol (0.05 mol/dm3),
se cumple aproximadamente en el punto (0.46088, 0.051497).
Solución
para el inciso C.
T=127°C
Calcule
la presión total inicial. Si se consume totalmente A, calcule la presión total
final.
P*V=n*R*T
R=8.314 (kPa*dm3)/(mol*K)
K=°C+273.16
V=20 dm3
n= 20 mol
T= (127+273.16)°C=400.16°C
1
atm= 101.33kPa
1
psi= 6.8943kPa
La
presión inicial total es entonces:
P=20*8.314*400.16/20=3326.9kPa=32.832
atm
La
presión final será:
P=40*8.314*400.16/20=6653.9kPa=
65.666 atm
Bibliografía
Fogler,
H.Scot. 2001. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. Tercera
edición. Pearson Educación. México.
No hay comentarios:
Publicar un comentario