1._En un reactor de mezcla completa, perfectamente aislado térmicamente, tiene lugar una reacción química de primer orden, irreversible, exotérmica y en fase líquida, de la siguiente forma:
Con la finalidad de que la temperatura de la mezcla reactante permanezca constante durante todo el período de reacción, se añade a la mezcla, continuamente, un líquido inerte (perfectamente miscible con la mezcla reactante) que actúa como refrigerante. El caudal con que se alimenta el líquido frío se va modificando de acuerdo con las necesidades de refrigeración del sistema. En la figura adjunta se esquematiza la instalación.
Calcular:
a) El caudal volumétrico de líquido inerte refrigerante (QV0) al cabo de dos horas de iniciarse la reacción.
b) El volumen de la mezcla reactante que hay en el reactor cuando han transcurrido dos horas desde el comienzo del ciclo de reacción.
Datos y notas:
Temperatura de reacción: 310 K
Constante de velocidad de reacción: 1.2X10-4 s-1 ( a 310 K)
Temperatura de entrada del líquido inerte: 300 K
Calor específico de todos los compuestos: 2.1 kJ/kg K
Densidad de todos los componentes: 800 kg/m3
Calor de reacción a 310 K: –58000 kJ/kmol de A1
Inicialmente el reactor solo contiene A1 con una concentración de 8 kmol de A1 /m3.
El reactante A1 ocupa inicialmente (para t = 0) un volumen de reactor de 1.5 m3.
2._ Para la recuperación de ácido glucónico (AG), el caldo de fermentación (2000 Kg/h)
con 20% de AG se enfría de 90º a 6ºC en un intercambiador de calor no adiabático,
como paso previo a la cristalización. Se usan 2700 Kg/h de agua de enfriamiento que
se calienta al pasar por el intercambiador desde 2º C hasta 50º C. Calcular la perdida
de calor al ambiente (QP).
Datos: [Cp](H2O)= 1 Kcal/(Kgº C); [CP](AG) = 0.35 Kcal/(Kg º C)
Respuestas
a) El caudal volumétrico de líquido inerte refrigerante (QV0) al cabo de dos horas de iniciarse la reacción es : Qvo(t) = 0.002 m³/seg .
b) El volumen de la mezcla reactante que hay en el reactor cuando han transcurrido dos horas desde el comienzo del ciclo de reacción es: V = 25.5 m³.
REACTOR :
Tipo : RSCTA, isotermo
Nº de reacciones : 1
Fase: líquida
Balance de energía :
_
∑Nj*Cpj*dT/dt = Q* + ( To-T)∑Fjo* Cpj+ vk*ΔH⁰k*r*V
Balance de materia :
Fj - Fjo + dNj/dt = vj *r*V
Reacción :
A3
Esquema : A1 → A2
ρj = 800 Kg/m³
Termodinámica : Exotérmica
ΔH⁰₁ = -58000 KJ/Kmol * A₁
_
Cp₁ = 2.1 KJ/KgºK
Cinética : r = k*C₁ = 1.2*10^-4*C₁ ( Kmol /m³*seg )
Entrada Reactor
To = 300ºK T = 310 ºK
Sólo A₃ C₁₀ = 8Kmol*A₁/m³
Qvo = f(t) Vo = 1.5 m³ para t = 0 seg
N₁₀ = 8* 1.5 = 12Kmol*A₁
V = f(t)
Dando : Qvo = 0.002 m³/seg para t = 2 h .
V = 25.5 m³ para t = 2h