Taller 1 de reacciones químicas
1. Represente los perfiles de actividad, producto y reactivo como una función del largo
de un reactor de lecho empacado para cada uno de los casos. Además, represente la
concentración del reactivo A como una función del tiempo. La reacción es una
isomerización:
A→ B
a. Ley de velocidad de reacción: −rA′ = kaCA
Ley de desactivación del catalizador: rd = kdaCA
Caso I: kd ≪ k
Planteamiento de las ecuaciones a utilizar
Suponemos un flujo volumen constante V0=100L/seg
𝑎 = 𝑒 −𝑘𝑑 ∗𝑡∗𝐶𝐴
𝑑(𝐶𝐴 )
= 𝑟𝑎 ∗ 𝑉0
𝑑(𝑊)
𝑑(𝐶𝐵 )
= 𝑟𝑏 ∗ 𝑉0
𝑑(𝑊)
Desarrollo
b. Ley de velocidad de reacción: −rA′ = kaCA
Ley de desactivación del catalizador: rd = kd(a^2)
Caso II: kd = k
Implementare las mismas ecuaciones del punto a
c. Le de velocidad de reacción: −rA′ = kaCA
Ley de desactivación del catalizador: rd = kdaCB
Caso III: kd ≫ k
Implementamos las ecuaciones del inciso a
d. Represente perfiles para las leyes de velocidad de reacción anteriores (a y c)
en un reactor de lecho móvil con los sólidos entrando al reactor en el mismo
extremo del reactivo.
Utilizaremos las mismas ecuaciones, pero el cálculo de a cambia y se expresaría
de la forma diferencial
𝑑(𝑎) 𝑘𝑑 ∗ 𝑎 ∗ 𝐶𝑎
=
𝑑(𝑤)
𝑈𝑠
a) Caso I: kd ≪ k
c) Caso III: kd ≫ k
e. Repita el anterior ítem en caso que los sólidos y el reactivo entren en
extremos opuestos.
Utilizaríamos las mismas ecuaciones, pero la ecuación de a cambiaria
𝑑(𝑎) 𝑘𝑑 ∗ 𝑎 ∗ 𝐶𝑎
=
𝑑(𝑤)
𝑈𝑠
𝑎=𝑒
𝑘 𝐶 (𝑊−𝑊𝑀𝐴𝑋 )
( 𝑑 𝐴
)
𝑈𝑠
2.
Con el aumento en la demanda de xileno en la industria petroquímica, la
producción de xileno y benceno a partir de la desproporción de tolueno ha recibido
una mayor atención. Esta reacción,
2Tolueno → Benceno + Xileno,
fue estudiada usando un catalizador del tipo modernita que tiene una desactivación
que sigue una ley de segundo orden,
rd = kda2
Y la ley de velocidad de reacción para bajas conversiones se representa como:
−r′T = kTPTa
Con kT = 21 gmol⁄h. kg cat. atm y kd = 1.7 h−1 a 735 K (Temperatura de referencia
para ambas constantes)
a. Compare las curvas de conversión en un reactor batch conteniendo 7 kg de
catalizador a diferentes presiones parciales (1 atm, 5 atm, 10 atm,...). El
volumen de reacción inicial conteniendo tolueno puro es de 1 dm3 y la
temperatura es 735 K. (Asuma que el reactor es de volumen constante (paredes
rígidas) y variable). Pruebe con otro valor de peso de catalizador. Analice y
compare los resultados.
b. Cuál es la conversión que se alcanza en un reactor de lecho móvil conteniendo
60 kg de catalizador con un flujo de alimentación de 3 kg/h? el tolueno es
alimentado a una presión de 2 atm y una velocidad de 10 mol/min. Pruebe con
otro valor de peso de catalizador y otro flujo de alimentación. Analice y
compare los resultados.
Explore el efecto de la velocidad de alimentación del catalizador sobre la
conversión
d. Suponga que ET = 28 kcal⁄mol y Ed = 14 kcal⁄mol. ¿Cuál podría ser la
trayectoria del tiempo de residencia versus la temperatura para un CSTR?, que
pasaría si ET = 14 kcal⁄mol y Ed = 28 kcal⁄mol?
e. La velocidad de desactivación del catalizador más aproximada se representa con
la ecuación:
rd = kd (PT^2) (a^2)
c.
Con kd = 0.1 atm−2h −1. Repita las partes b y c para estas condiciones. Pruebe con
otro valor de la constante kd. Analice y compare los resultados.