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PROBLEMA 4
Determinar el régimen de reacción experimental de acuerdo con los siguientes datos físicos
y químicos. La reacción obedece a un sistema de primer orden cuya ecuación de velocidad
de reacción es la siguiente:
1
𝑚
𝐴𝑜
𝑃𝑠𝑉𝑜
𝑅𝑔𝑇𝑠
Propiedades del catalizador Condiciones de operación
Sg= 840x
4
cm
2
/g T R
= 240°C
Vp= 0.80 cm
3
/g T s
= 0°C
Dp= 100 y 200 mallas P s
= P
R
= 1 atm
Vs= 0.52 cm
3
/g Xa = 0.
Mcat= 100 mg, 300 mg y 500 mg ∮ 𝑖𝑛𝑡 = 0. 56 𝑚𝑚
Vo= 120, 240 y 200 ml/min c/ masa
Vo= 50%
+ H
2
OBTENCION DE LAS PROPIEDADES DE LA MEZCLA Y COMPONENTES
(VISCOSIDAD, DENSIDAD Y DIFUSIVIDAD) MEDIANTE EL SOFTWARE PARA
SIMULACIONES DE PROCESOS QUIMICOS, ASPEN PLUS V11.
Se selecciona en crear nuevo programa y se ingresan los componentes a utilizar, ya sea por
el nombre o formula del mismo, en nuestro caso solo serian 2, el benzotiofeno y el
hidrogeno.
Se selecciona el modelo termodinámico, en este caso seleccionaremos el PENG-
ROBINSON ya que se trabajará con un hidrocarburo, el benzotiofeno.
En la alimentación del hidrogeno se propone una base de cálculo de 100 Kmol/hr a la
temperatura de 240 °C y la presión de 1 atm especificadas en el problema.
En la configuración del equipo (mezclador) igual definimos algunas especificaciones como
la presión, la fase a la que se trabaja y la temperatura, estos especificados en el enunciado.
Se corre el programa y nos dirigimos al apartado de Stream summary, donde podemos
observar las propiedades deseadas, en un principio no se logran observar todas, pero
seleccionamos la opción de agregar propiedad para que el programa pueda mostrarnos las
propiedades deseadas ya sea de la mezcla o de cada componente, se debe tomar en cuenta
las unidades que queremos obtener de cada propiedad y seleccionar la adecuada.
Propiedades físicas y constantes:
𝐷_𝐴𝐵 = 0. 809116 𝑐𝑚 2 /𝑠
𝜌_𝐴𝐵 = 0. 00162884 𝑔/𝑐𝑚 3
𝜇_𝐴 = 0. 000124617 𝑃
𝜇_𝐵 = 0. 000129232 𝑃
𝜇_𝐴𝐵 = 0. 000140756 𝑃
CÁLCULOS
Cálculos de G.
( 134. 2
𝑔
𝑔𝑚𝑜𝑙
)
(
- 5
) +( 2. 016
𝑔
𝑔𝑚𝑜𝑙
)( 1 𝑎𝑡𝑚)( 120
𝑐𝑚
3
𝑚𝑖𝑛
)( 0. 5 )
( 82. 06
𝑎𝑡𝑚 𝑐𝑚
3
𝑔𝑚𝑜𝑙 𝐾
)( 513. 15 𝐾)( 0. 00246301 𝑐𝑚
2
)
𝑔
𝑐𝑚
2
𝑠
( 134. 2
𝑔
𝑔𝑚𝑜𝑙
)
(
- 5
) +( 2. 016
𝑔
𝑔𝑚𝑜𝑙
)( 1 𝑎𝑡𝑚)( 240
𝑐𝑚
3
𝑚𝑖𝑛
)( 0. 5 )
( 82. 06
𝑎𝑡𝑚 𝑐𝑚
3
𝑔𝑚𝑜𝑙 𝐾
)( 513. 15 𝐾)( 0. 00246301 𝑐𝑚
2
)
𝑔
𝑐𝑚
2
𝑠
( 134. 2
𝑔
𝑔𝑚𝑜𝑙
)( 0. 5 )+( 2. 016
𝑔
𝑔𝑚𝑜𝑙
)( 1 𝑎𝑡𝑚)( 240
𝑐𝑚
3
𝑚𝑖𝑛
)( 0. 5 )
( 82. 06
𝑎𝑡𝑚 𝑐𝑚
3
𝑔𝑚𝑜𝑙 𝐾
)( 513. 15 𝐾)( 0. 00246301 𝑐𝑚
2
)
𝑔
𝑐𝑚
2
𝑠
Sh
3
1/
1/
Resumen cálculo de Sherwoods
Cálculo de Kt
Para los cálculos de 𝐾𝑡 se tiene que: → 𝐾𝑡 =
𝑆ℎ∗𝐷
𝐴𝐵
𝑑𝑝
Según los datos obtenidos de Sh 1
, Sh 2
y Sh 3
1
1
𝐴𝐵
2
1
2
2
𝐴𝐵
2
2
3
3
𝐴𝐵
2
3
Resumen cálculo de Kt
Cálculo de J
Para el cálculo de J se tiene que → 𝐽 = 𝐾𝑡 ∗ 𝐶𝑔
Según los cálculos anteriores, se obtendrá J 1
, J
2
y J 3
a continuación:
1
1
− 5
𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑜𝑡𝑜𝑓𝑒𝑛𝑜
3
1
2
2
2
− 5
𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑜𝑡𝑜𝑓𝑒𝑛𝑜
3
2
2
3
3
− 5
𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑜𝑡𝑜𝑓𝑒𝑛𝑜
3
3
2
Resumen cálculo de J
Teniendo en cuenta las 3 masas del catalizador, para el cálculo de RT y - RA, se tiene que:
1 𝑐𝑎𝑡
2 𝑐𝑎𝑡
3 𝑐𝑎𝑡
Cálculo de Vc
Calculando Vc → 𝑉𝑐 =
𝑀 𝑐 𝑎𝑡
𝜌
𝑐𝑎𝑡
Calculando Vc para cada masa de catalizador:
1
1 𝑐𝑎𝑡
𝑐𝑎𝑡
3
3
Resumen cálculo de At
Cálculos de RT
Cálculos de las RT para la masa de m1 = 0.1 g
1
2
3
Calculos de las RT para la masa de m2 = 0.3 g
1
2
3
Cálculos de las RT para la masa de m3 = 0.5 g
1
2
3
Resumen cálculo de RT
Cálculos de RA
𝑅𝐴 =
𝐶𝑔
(
- 5 𝑉𝑜
) 𝑋𝑎
𝑊𝑐𝑎𝑡 = 𝑚
Cálculos de las RA para la masa de m1 = 0.
𝑚 1
𝐶𝑔
- 5 𝑉𝑜 2
𝑋𝑎
𝑚 1
𝐶𝑔
- 5 𝑉𝑜 3
𝑋𝑎
𝑚 1
Cálculos de las RA para la masa de m2 = 0.
𝑚 2
Resumen cálculo de RA
Cálculo del Módulo del Thiele
𝐶
2
2
- 5
1
1
𝐶
2
2
- 5
1
((. 00284974 )( 1. 22
2
))(. 010668
2
)(. 084 )
9700 ∗
(
. 976
2
) ∗
(
. 0000237478
)
2
15
. 5
=4.83589E- 17
2
2
𝐶
2
2
- 5
2
(
(
. 00569949
) ( 1. 22
2
))(. 010668
2
)
(
. 084
)
9700 ∗
(
. 976
2
) ∗
(
. 0000237478
)
2
15
. 5
=9.67178E- 17
3
3
𝐶
2
2
- 5
3
((. 00474957 )( 1. 22
2
))(. 010668
2
)(. 084 )
9700 ∗(. 976
2
)∗(. 0000237478 )
2
15
. 5
=8.005982E- 17
4
4
𝐶
2
2
- 5
4
((. 00094991 )( 1. 22
2
))(. 010668
2
)(. 084 )
9700 ∗(. 976
2
)∗(. 0000237478 )
2
15
. 5
=1.61196E- 17
5
5
𝐶
2
2
- 5
5
((. 00189983 )( 1. 22
2
))(. 010668
2
)(. 084 )
9700 ∗
(
. 976
2
) ∗
(
. 0000237478
)
2
15
. 5
=3.22393E- 17
6
6
𝐶
2
2
- 5
6
(
(
. 00158319
) ( 1. 22
2
))(. 010668
2
)
(
. 084
)
9700 ∗
(
. 976
2
) ∗
(
. 0000237478
)
2
15
. 5
=2.68661E- 17
7
7
𝐶
2
2
- 5
7
((. 00056995 )( 1. 22
2
))(. 010668
2
)(. 084 )
9700 ∗(. 976
2
)∗(. 0000237478 )
2
15
. 5
=9.67178E- 18
8
8
𝐶
2
2
- 5
8
((. 0011399 )( 1. 22
2
))(. 010668
2
)(. 084 )
9700 ∗(. 976
2
)∗(. 0000237478 )
2
15
. 5
=1.93436E- 17
9
9
𝐶
2
2
- 5
9
(
(
. 00094991
)(
- 22
2
) )
(
. 010668
2
)(
. 084
)
9700 ∗
(
. 976
2
) ∗
(
. 0000237478
)
2
15
. 5
=1.61196E- 17
Resumen cálculo de módulo de Thiele
Sh
3
= A ∗
Re
3
1
2
∗ Sch
1
3
Sh
3
1/
*(0.106801586)
1/
Resumen cálculo de Sherwoods
Cálculo de Kt
Para los cálculos de 𝐾𝑡 se tiene que: → 𝐾𝑡 =
𝑆ℎ∗𝐷
𝐴𝐵
𝑑𝑝
Según los datos obtenidos de Sh 1
, Sh 2
y Sh 3
𝐾𝑡
1
=
𝑆ℎ
1
∗ 𝐷
𝐴𝐵
𝑑𝑝
=
(
- 6664
) ∗ ( 0. 809116
𝑐𝑚
2
𝑠𝑒𝑔
)
( 0. 005334 𝑐𝑚)
𝐾𝑡
1
= 5561. 9514
𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔
𝐾𝑡
2
=
𝑆ℎ
2
∗ 𝐷
𝐴𝐵
𝑑𝑝
=
(
- 8442
) ∗ ( 0. 809116
𝑐𝑚
2
𝑠𝑒𝑔
)
( 0. 005334 𝑐𝑚)
𝐾𝑡
2
= 7865. 787
𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔
𝐾𝑡
3
=
𝑆ℎ
3
∗ 𝐷
𝐴𝐵
𝑑𝑝
=
( 47. 3362 ) ∗ ( 0. 809116
𝑐𝑚
2
𝑠𝑒𝑔
)
( 0. 05334 𝑐𝑚)
𝐾𝑡
3
= 7180. 4483
𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔
Resumen cálculo de Kt
Cálculo de J
Para el cálculo de J se tiene que → 𝐽 = 𝐾𝑡 ∗ 𝐶𝑔
Según los cálculos anteriores, se obtendrá J 1
, J
2
y J 3
a continuación:
𝐽
1
= 𝐾𝑡
1
∗ 𝐶𝑔 = ( 5561. 9514
𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔
) ∗ ( 2. 37478 𝑥 10
− 5
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑜𝑡𝑜𝑓𝑒𝑛𝑜
𝑐𝑚
3
)
𝐽
1
= 0. 132084
𝑚𝑜𝑙
𝑐𝑚
2
∗ 𝑠𝑒𝑔
𝐽
2
= 𝐾𝑡
2
∗ 𝐶𝑔 = ( 7865. 787
𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔
) ∗ ( 2. 37478 𝑥 10
− 5
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑜𝑡𝑜𝑓𝑒𝑛𝑜
𝑐𝑚
3
)
𝐽
2
= 0. 18679
𝑚𝑜𝑙
𝑐𝑚
2
∗ 𝑠𝑒𝑔
𝐽
3
= 𝐾𝑡
3
∗ 𝐶𝑔 = ( 7180. 4483
𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔
) ∗ ( 2. 37478 𝑥 10
− 5
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑜𝑡𝑜𝑓𝑒𝑛𝑜
𝑐𝑚
3
)
𝐽
3
= 0. 170520
𝑚𝑜𝑙
𝑐𝑚
2
∗ 𝑠𝑒𝑔
Resumen cálculo de J
Teniendo en cuenta las 3 masas del catalizador, para el cálculo de RT y - RA, se tiene que:
1 𝑐𝑎𝑡
2 𝑐𝑎𝑡
3 𝑐𝑎𝑡
Cálculo de Vc
Calculando Vc → 𝑉𝑐 =
𝑀 𝑐 𝑎𝑡
𝜌
𝑐𝑎𝑡
Calculando Vc para cada masa de catalizador:
1
1 𝑐𝑎𝑡
𝑐𝑎𝑡
3
3
2
2 𝑐𝑎𝑡
𝑐𝑎𝑡
3
3
2
3 𝑐𝑎𝑡
𝑐𝑎𝑡
3
3
Cálculos de RT
Cálculos de las RT para la masa de m1 = 0.1 g
1
2
3
Calculos de las RT para la masa de m2 = 0.3 g
1
2
3
Cálculos de las RT para la masa de m3 = 0.5 g
1
2
3
Resumen cálculo de RT
Cálculos de RA
𝑅𝐴 =
𝐶𝑔( 0. 5 𝑉𝑜)𝑋𝑎
𝑊𝑐𝑎𝑡 = 𝑚
Cálculos de las RA para la masa de m1 = 0.
𝐶𝑔
- 5 𝑉𝑜 1
𝑋𝑎
𝑚 1
𝑚 1
𝑚 1
Cálculos de las RA para la masa de m2 = 0.
𝐶𝑔
- 5 𝑉𝑜 1
𝑋𝑎
𝑚 2
