7/30/2019 Diseo de Reactores-Trabajo

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PRCTICA DE AULA

Las zeolitas son aluminosilicatos hidratados que se usan ampliamente como catalizadoresen la industria de procesos qumicos. La zeolita A es sintetizada a partir del sustrato de

aluminosilicato de sodio amorfo y solucin acuosa de hidrxido de sodio. La reaccin(esencialmente un proceso de cristalizacin o re cristalizacin) puede esquematizarse dela siguiente forma:

Slido Amorfo especies solubles

Especies solubles + ncleo ( o cristales de zeolita) zeolita A

La velocidad de formacin puede formularse en trminos de la siguiente ecuacin:

( ) Donde:

= concentracin del in hidrxido (kmoles/m 3)

= concentracin de los cristales de zeolita (kg/m 3)

= concentracin del sustrato amorfo (kg/m 3)

Y , y son constantes cinticas. Desde que el peso total de slidos en un reactorbatch debe satisfacer el balance total de materiales, se requiere que la cantidad ( + )sea constante e igual al peso total de la carga dividido por el volumen efectivo del reactor.Note que la reaccin es catalizada por la presencia del producto, como lo sugiere lapresencia de en el numerador de la expresin de velocidad.

Consecuentemente, se debe incluir algo de zeolita en la alimentacin al reactor paramejorar la velocidad de reaccin.

A 100C se tienen los siguientes valores.

, y

lenta

rpida

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1. Si se usa una mezcla conteniendo 1kg/m 3 de zeolita y 24 kg/m 3 de sustrato amorfo,determine el tiempo necesario para alcanzar 98% de conversin del sustrato azeolita en un reactor batch agitado. La operacin es isotrmica a 100C y unaconcentracin de hidrxido de 1,5 kmoles/m 3.

( ) ( )

Reactor Batch:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )

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( )() ( )( ) ( )( )( )( )

( )( )

( )( )

( )( )

Resolviendo la integral por fracciones parciales:

( )( ) ( ) ( )

( )( ) ( ) ( )

( )( )

( )( ) ( )( )

( ) ( )

( )( ) ( ) ( )

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Ingresando la integral, para hallar de manera ms rpida el t.

( ) ( )

( ) ( )

[ ( ) ( )]

[ ( )( ]

2. Determine el tamao del reactor y el peso total de la carga necesaria para producirla zeolita A a un promedio de 2000 kg/da. Slo se usa un reactor y ser necesarioparar por 1.8kseg entre cargas, para retirar el producto, limpieza y arranque. Lazeolita que se recicla al reactor proviene de los 2000kg producidos diariamente.

Ttotal =t(operacin)+t(limpieza,arranque)

Ttotal = 3.54 kseg+1.8kseg

Ttotal =5.34 kseg --- tiempo de consume al procesar un reactor batch.

Para producir 2000 kg de zeolitapor da se requiere que cada batch contenga unacantidad de slido amorfo de:

Luego

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Inicialmente hay 500 conejos(x) y 200 zorros (y) en los terrenos del granjero Otaf. UsePOLYMATH o MATLAB para graficar la concentracin de zorros y conejos en funcin deltiempo para un periodo de hasta 500 das. Las relaciones depredador - presa estn dadaspor el siguiente conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas.

Constantes para el crecimiento de la poblacin de conejos .Constante para la muerte de conejos (da X nm. de zorros).

Constante para el crecimiento de la poblacin de zorros despus de comer conejos

(da X nm. de conejos).

Constante para la muerte de zorros .

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Qu resultados obtienes para el caso de da X nm. de conejos y t total =800das? Certifique el nmero de zorros contienen el nmero de conejos. Explique porque las

curvas tienen el aspecto que tienen.

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Vare los parmetros , , y . Explique cules parmetros pueden o no ser msgrandes que otros. Escriba un prrafo que describa sus hallazgos.

Use POLYMATH o MATLAB para graficar el siguiente conjunto de ecuaciones algebraicasno lineales:

Con conjeturas iniciales x=2, y=2. Trate de familiarizarse con las funciones de edicin de

POLYMATH y MATLAB.

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POLYMATH Report Nonlinear Equations 23-abr-2013

Calculated values of NLE variables Variable Value f(x) Initial Guess

1 X -2.385039 2.798E-07 2.

2 Y -3.797018 -1.382E-08 2.

Nonlinear equations 1 f(X) = X ^ 3 * Y - 4 * Y ^ 2 - 3 * X - 1 = 02 f(Y) = 6 * Y ^ 2 - 9 * X * Y - 5 = 0

General Settings Total number of equations 2Number of implicit equations 2Number of explicit equations 0Elapsed time 0.0000 secSolution method FASTNEWTTolerance X 0.0000001

Tolerance F 0.0000001

Max trials 150