UTN - F.R.B.A - Departamento de Ingeniería Química Ingeniería de las Reacciones Químicas - Primer Examen Parcial – 04/09/2010 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Problema 1:

Se investiga la cinética de la reacción de descomposición del reactivo A en fase acuosa, según la reacción: A → B + 2 C, en dos reactores de mezcla completa (TCIA) conectados en serie, el segundo de los cuales tiene doble volumen que el primero. En el estado estacionario, cuando la concentración de la alimentación es CA0 = 1 mol/litro y el tiempo medio de permanencia en el primer reactor es de 96 segundos, la concentración en éste es 0,5 mol A/litro y en el segundo 0,25 mol A/litro. a) Esquematice el sistema de reactores e indíquelo cualitativamente en un gráfico xA vs. T; y en otro 1/(-rA) vs. xA. b) Indique qué clase de balances y cuántos debe plantear para resolver el sistema, justifíquelo brevemente. c) Determine la ecuación cinética para la reacción de descomposición. • Calcule el orden de reacción • Calcule la constante cinética indicando las unidades correspondientes -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Problema 2:

En una planta química se pretende llevar a cabo la reacción elemental en fase líquida A ÅÆ R , para ello se cuenta con dos reactores tipo TCIA con aislación térmica perfecta, uno de 428 litros de volumen útil para reacción y otro de 4077 litros, además hay disponible un intercambiador de calor capaz de producir hasta un salto de temperaturas de 50 °C con una eficiencia del 100%. Para el análisis del proceso se posee los datos mostrados en la tabla, el correspondiente gráfico xA vs T , y las siguientes restricciones: • • • •

Por razones de control del proceso y disponibilidad de analizadores el 1° reactor deberá operar a xA= 0,4 y el 2° reactor deberá operar a xA= 0,8. Suponer que la eficiencia de transferencia de calor es del 100% y que no existen pédidas de calor al medio en ningún equipo del proceso. No se cuenta con servicios de fluidos térmicos (agua de enfriamiento ni vapor de calefacción). Los valores dados de las propiedades de los fluidos son valores medios y pueden considerarse constantes en el rango de las temperaturas de trabajo.

Si se desea configurar un proceso que permita la máxima producción con los datos y restricciones indicadas, se solicita: a) b) c) d) e) f)

Asociar cada uno de los esquemas de proceso con el gráfico xA vs T correspondiente. Indicar y justificar cualitativamente ¿cuál será el esquema de máxima producción? ¿Qué reactor debería estar primero en la serie? Plantear todos los Balances de Materia y Energía que sean necesarios para resolver el sistema. Determinar todas las temperaturas de entrada y salida del Intercambiador de calor, esquematícelo y coloque los valores sobre él. Determinar la producción del diagrama de procesos seleccionado. 1

2

3