fogler capitulo 1- curso 2013-2013

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR Facultad de Ingeniería Química

Ingeniería de las Reacciones Químicas

Capítulo 1 Página 1

CDP1-AA Un reactor de 200 dm3-lote de volumen constante es presurizado a 20

atm con una mezcla de 75% de A y 25% inerte. La reacción en fase gaseosa se

lleva a cabo isotérmicamente a 227 º C.

Figura CDP1-AA-1: Reactor de volumen constante

Datos

V = 200-dm3

P = 20 atm

T = 227 C

a) Asumiendo que la ley del gas ideal es válida, cuantas moles de A hay en el

reactor inicialmente? Cuál es la concentración inicial de A?

Ec. CDP1-AA-1

Ec. CDP1-AA-2

Ec. CDP1-AA-3




Ec. CDP1-AA-4

b) Si la reacción es de primer orden:

Calcular el tiempo necesario para consumir 99% de A.

Ec. CDP1-AA-5

∫

∫

Ec. CDP1-AA-6

Ec. CDP1-AA-7

Ec. CDP1-AA-8

Ec. CDP1-AA-9




c) Si la reacción es de Segundo orden:

Calcular el tiempo para consumir el 80% de A. También calcular la presión en el

reactor en este momento si la temperatura es 127 C.

Ec. CDP1-AA-10

∫

∫

Ec. CDP1-AA-11

Ec. CDP1-AA-12

Ec. CDP1-AA-13

Ec. CDP1-AA-14

Calcular la presión en el reactor en este momento si la temperatura es 127 C.

A+ i B + C

Ec. CDP1-AA-15




Ec. CDP1-AA-16

Ec. CDP1-AA-17




P1-7A. Calcule el tiempo que tomará reducir el número de moles de A a 1% de

su valor inicial en un reactor intermitente de volumen constante para la

reacción y los datos del ejemplo 1-1.

A B

Datos del ejemplo 1-1:

k=0.23min-1

NAo=100moles

(

)

∫

∫




∫

(

)

(

)




P1-8A. ¿Qué suposiciones se realizaron al deducir la ecuación de diseño para?

a) El reactor intermitente?

b) El CSTR?

c) El reactor de flujo tapon?

d) El reactor de lecho empacado?

e) Explique con palabras el significado de

¿Es la velocidad de

reacción una cantidad extensiva? Explique su respuesta

RESOLUCION

a) Las suposiciones son las siguientes:

Un reactor intermitente no tienen flujo de entrada de reactivos ni flujo de salida

de productos, por lo que la ecuación de balance molar queda definida de la

siguiente forma:

Si la mezcla de reacción es perfectamente mezclada, de manera que no hay

variación en la velocidad de reacción en todo el volumen, es decir en

todo el volumen de la reacción.

∫

b) Las suposiciones para un reactor CSTR son:

Opera en estado estacionario y se asume que produce una mezcla perfecta.

No hay dependencia del tiempo o de la posición en la temperatura, la

concentración o de la velocidad de reacción, es decir, todas las variables son

iguales en todos los puntos del interior del reactor.

0 0




c) Las suposiciones para un reactor de flujo pistón (PFR) son:

No hay variación radial en la velocidad de reacción.

La P=constante, T=constante, ε=0, v=constante

ot

Ni

Flujo estacionario y no hay acumulación

d) Las suposiciones para un reactor de lecho empacado (PBR) son:

Flujo estacionario y no hay acumulación

No hay gradientes radiales de concentración, temperatura o velocidad de

reacción.

L a caída de presión a través del reactor y la desactivación del catalizador son

despreciables.

e) Explique con palabras el significado de

¿Es la velocidad de reacción

una cantidad extensiva? Explique su respuesta

Para la reacción:

es el numero de moles del reactivo A por unidad de tiempo por unidad de

volumen:

[

]

es la velocidad de desaparición de la especie A por unidad de masa (o área)

del catalizador:

[

]

es la velocidad de formación (generación) de la especie A por unidad de masa

(o área) del catalizador:

[

]




es una propiedad intensiva, es decir, se trata de una función de la

concentración, temperatura, la presión y el tipo de catalizador (en su caso), y se

define en cualquier punto (ubicación) dentro del sistema. Es independiente de la

cantidad. Por otro lado, una propiedad extensiva se obtiene mediante la suma de

las propiedades de los subsistemas individuales dentro del sistema total, en este

sentido, es independiente de la `medida` del sistema.




P1-9A. Use el balance de moles para deducir una ecuación análoga a la ecuación

(1-7) para un CSTR fluidizado que contenga partículas de catalizador, en

términos de peso del catalizador W y otros parámetros apropiados.

Entrada- Salida+ Generación= Acumulación

∫

En el reactor no hay acumulación, entonces tenemos:

∫

Densidad del catalizador:

Entonces:

∫

Integrando:

Reemplazando la ecuación de balance en W se tiene:




P1-10. Explique cómo se puede convertir la ecuación que muestra el balance

general en moles para una especie j dada a una ecuación general de balance en

masa para las mismas especies.

∫

Ec. P1-10-1

Si consideramos que Mj es el peso molecular de las especies j

Ec. P1-10-2

Donde, es el flujo másico de j dentro del reactor y

Ec. P1-10-3

Si se multiplica en el balance de moles para especies j, se tiene que:

∫

Ec. P1-10-4

Para constante,

∫

( )

Ec. P1-10-1

∫

Ec. P1-10-1




P1-11.Consideremos una célula como un reactor. El licor de remojo de maíz

nutriente penetra a la célula del microorganismo Penicilliumchrysogenum y se

descompone para formar productos tales como aminoácidos, ARN y ADN.

Escriba un balance de masa inestable para

a) El licor de remojo de maíz

b) El ARN

c) La penicilina

Asuma que en la célula hay mezcla perfecta y que el ARN permanece dentro de la

célula

SOLUCIÓN:

∫

∫

∫

[

]

[

]

[

]




[

]

Reemplazando los datos tenemos

[

]

a) Licor de remojo de maiz

Condiciones:

Mezcla perfecta:

∫

Como es una mezcla perfecta asumimos que es constante

b) ARN

Condiciones:




Permanece dentro de la celula.

Mezcla perfecta =>

c) Penicilina

Condiciones:

Mezcla perfecta =>

∫

∫

P1-12A. En 2002, Estados Unidos produjo 32,5% de los productos químicos a

nivel mundial, según la tabla “Gllobal Top 50”, Chemical and Engineering

News, 28 de julio de 2003. En la tabla P1-12.1 se listan 10 productos químicos

más producidos en 2002.

TABLA P1-12.1 PRODUCCIÓN QUÍMICA

Productos

químicos

de 2002

Miles de

toneladas

métricas

Intervalo

en 1995

Productos

químicos

de 2002

Miles de

toneladas

métricas

Intervalo

en 1995

1. H2SO4 36567 1 6. H2 13989

2. N2 26448 2 7. NH3 13171 6




3. C2H4 23644 4 8. Cl2 11362 10

4. O2 16735 3 9. P2O5 10789

5. C3H6 14425 9 10.

C2H2Cl2

9328

Referencias: Chemical and Engineering News, 7 de Julio de 2003,

http://pubs.acs.org/cen/

TABLA P1-12.2 PRINCIPALES COMPAÑÍAS EN VENTAS

Posición

2002

Posición

2001

Posición

2000

Posición

1999

Posición

1995

Compañía Venta de productos

químicos [millones

de dólares]

1 1 2 2 1 Dow Chemical 27609

2 2 1 1 2 Dupont 26728

3 3 3 3 3 Exxon Mobil 16408

4 5 5 6 6 General Electric 7651

5 4 4 4 Huntsman Corp 7200

6 8 10 9 PPG Industries 5996

7 9 8 10 Equistar Chemicals 5537

8 7 7 Chevron Philips 5473

9 Eastman Chemical 5320

10 Praxair 5128

Referencias:

Posición en 2002: Chemical and Engineering New, 12 de mayo de 2003




http://pubs.acs.org/cen/

(a) ¿Cuáles fueron los 10 productos químicos más producidos en el año que

acaba de terminar? ¿Hubo cambios significativos respecto de las estadísticas

de 1995? El mismo número de C&E News menciona las compañías químicas

que más ventas tuvieron, como se indica en tabla P1-12.2

Los 10 productos químicos más producidos son:

Tabla 12-3

Posición

2002

Productos

químicos




Los cambios que existieron en las estadísticas son:

Tabla 12-4

Posición

en 2002

Productos

químicos

Posición

en 1995

Productos

químicos

de 2002

3 C2H4 4 23644

4 O2 3 16375

5 C3H6 9 14425

7 NH3 6 13171

8 Cl2 10 11362

El Oxígeno y Amoníaco son los productos químicos que han subido de

posición. El Eteno, Propeno y Cloro son los productos químicos que han

bajado de posición.

(b) ¿Cuáles son las 10 compañías más destacadas en ventas para el año

inmediato anterior? ¿Hubo cambios significativos respecto de las estadísticas

de 2002?Las 10 compañías más destacadas en ventas son:

Tabla 12-5

Posición

2001

Compañía

1 Dow Chemical

2 Dupont

de 2002

1 H2SO4

2 N2

3 C2H4

4 O2

5 C3H6

6 H2

7 NH3

8 Cl2

9 P2O5

10 C2H2Cl2




3 Exxon Mobil

4 Huntsman Corp

5 General Electric

6

7 Chevron Philips

8 PPG Industries

9 Equistar Chemicals

10

Los cambios que existieron en las estadísticas son:

Tabla 12-6

Posición

2002 Compañía

Posición

2001

Venta de

productos

químicos

[millones

de dólares]

4 General Electric 5 7651

5 Huntsman Corp 4 7200

6 PPG Industries 8 5996

7 Equistar Chemicals 9 5537

8 Chevron Philips 7 5473

9 Eastman Chemical

5320

10 Praxair

5128

Huntsman Corp y Chevron Philips son las empresas que han subido de

posición. General Electric, PPG Industries y Equistar Chemicals son las

empresas que han bajado de posición. Eastman Chemical y Praxair son

empresas que no se encuentran listadas para el 2001.

(c) ¿Por qué cree que el H2S04 es la sustancia química más producidad?.¿Cuáles

son algunas de sus aplicaciones?

El ácido sulfúrico es importante materia prima en manufatura. Se utiliza en

alguna fase de la fabricación de casi todos los productos industrialess. Es usado

en la fabricación de otros ácidos fuertes

A continuación se en listan algunas aplicaciones:




- Se usado en la producción de fertilizantes, tales como sulfato de amonio

(NH4) 2SO4, superfosfato Ca (H2PO4)2, que se forma cuando el fosfato de

roca se trata con ácido sulfúrico.

- Se utiliza como agente deshidratante

- Se utiliza en la fabricación de explosivos, tintes, otros ácidos, papel

pergamino, pegamento, la purificación del petróleo y la recolección de los

metales.

- Se utiliza para eliminar los óxidos de hierro y de acero antes de galvanizado

electrolítico

- Se utiliza en la metalurgia no-ferrosa, la producción de rayón y película

- Como reactivo de laboratorio y reactivo de ataque y en las baterías de

almacenamiento

- También es aditivo alimenticio de propósito general.

(d) ¿Cuál es la producción anual (lb/ano) de etileno, óxido de etileno y benceno?

- La producción anual de etileno por año en el 2002 es 5,21*1010

lb/ año

- La producción anual de óxido -etileno por año en el 2002 es 7,6*109 lb/ año

- La producción anual de benceno por año en el 2002 es 1,58*1010

lb/ año

(e) ¿Por qué cree que hay tan pocas sustancias químicas orgánicas entre los 10

principales?

Porque la base del material crudo , carbón y petróleo para la química orgánica es

muy limitada and su producción no es creciente como producción de material

crudo para química inorgánica

P1-13A. Remitiéndose al material del texto y las referencias adicionales para

reactores comerciales que se dan al final del capítulo, llene la tabla P1-13

Tabla P1-13 COMPARACIÓN DE TIPOS DE REACTORES

Tipo Característica

Tipos de fases

presentes Uso Ventajas Desventajas




Batch

Los reactivos

se alimentan al

inicio del

proceso,

durante la

reacción no se

añade ni retira

nada. A éste

reactor se lo

enfira o

calienta

facilmente.

1. Fase líquida.

2. Fase gas.

3. Sólido -

Líquido.

1. En la industria a

pequeña escala.

2. En laboratorios de

experimentación.

3. Farmaceúticas.

4. Fermentación.

1. Alta conversión

por unidad de

volumen.

2. Flexibilidad para

usar en varias

reacciones.

1. Altos costos de

operación.

2. Calidad del

producto variable.

CSTR

Flujo contínuo

de reactivos y

productos.

Composición

uniforme a lo

largo del

reactor.

1. Fase líquida.

2. Gas -

Líquido.

3. Sólido -

Líquido.

1. Se usa cuando se

requiere agitación.

2. Cuando se

necesita corrientes

en serie en diferente

configuración.

1. Operación

contínua.

2. Buen control de la

temperatura.

3. Dos posibles

fases de reacción.

4. Simplicidad en la

de construcción.

5. Bajos costos de

operación.

6. Fácil limpieza.

1. Baja Conversión

por unidad de

volumen.

2. Es posible que

haya una mala

agitación.

3. Requiere de

entrada de alta

potencia.

PFR

Un reactor

largo, o varios

reactores

CSTR en

serie. No hay

variación

radial y la

concentración

cambia a lo

largo de la

longitud.

1.

Principalmente

fase gaseosa

1. Reacciones

rápidas.

2. Reacciones

homogéneas.

3. Reacciones

heterogéneas.

4. Flujo contínuo.

1. Alta conversión

por unidad de

volumen.

2. Fácil

mantenimiento.

3. Bajos costos de

operación.

4. Operación

contínua.

1. Gradiente

térmico no

deseado.

2. Pobre control de

la temperatura.

3. Limpieza

costosa.

PBR

Reactor

tubular

empacado con

partículas de

catalizador

sólido.

1. Fase gas

(catalizador

sólido).

2. Reacciones

Gas - Sólido.

1. Se usa

principalmente en

reacciones

heterogéneas en fase

con catalizador

sólido.

1. Alta conversión

por unidad de

volumen.

2. Bajos costos de

operación.

3. Operación

contínua.

1. Gradiente

térmico no

deseado.

2. Pobre control de

la temperatura.

3. Canalización.

4. Limpieza

costosa.

P1-14(h) En la figura P1-10 se muestra diagramas esquemáticos de la cuenca

de los Ángeles. El fondo de la cuenca cubre aproximadamente 700 millas

cuadradas (2*1010

ft2) y está rodeado casi en su totalidad por cordilleras. Si

suponemos una altura de inversión de 2000 pies en la cuenca, el volumen de




aire que hay en su interior es de 4*103 ft

3. Usaremos este volumen del sistema

para modelar la acumulación y desaparición de contaminantes del aire. Como

primera y muy burla aproximación, trataremos de la Cuenca de los Ángeles

como un recipiente bien mezclado (análogo a un CSTR) en el que no hay

variaciones especificas en la concentración de los contaminantes. Considere

sólo el contaminante monóxido de carbono y suponga la fuente de CO es el

escape de los automóviles de los cuales en promedio están ocupando en la

cuenca 400.000 en cualquier momento dado. Cada automóvil produce

aproximadamente 3000 píes cúbicos de escape que contienen 2% en moles de

monóxido de carbono.

Realizaremos un balance molar de estado no estacionario para el CO que sale de

área de la curva por un viento “Santa Ana”. Una Santa Ana es un viento de alta

velocidad que se origina en el desierto de Mojave al noreste de Los Ángeles. Este

aire desértico limpio fluye hacia la cuenca por un corredor que corredor que

supondremos tiene 20 millas de anchura y 2000 pies de altura (altura de inversión)

y sustituye al aire contaminado, el cual fluye hacia el mar o hacia el sur. La

concentración de CO en el viento Santa Ana que entra en la cuenca es de 0.08 ppm

(2.04 *10-10

lb mol/ft3).

a) ¿Cuántas libras mol de gas hay en el volumen de sistemas que escogimos para

la cuenca de los Ángeles, si la temperatura es de 75ºF y la presión es de 1 atm?

(En el Apéndice B se dan los valores de la constante de los gases ideales).




b) ¿Con qué velocidad, FCO,A , emiten monóxido de carbono todos los

Automóviles hacia la cuenca (lb mol CO/h)?

c) Calcule la velocidad de flujo volumétrico (ft3/h) de un viento de 15 mph a

través del corredor de 20 millas de anchura y 2000 pies de altura.

d) ¿Con qué velocidad FCO,S, induce el viento Santa Ana monóxido de carbono en

la cuenca (lbmol/h)?

e) Suponiendo que las velocidades de flujo volumétrico de entrada y salida de las

cuenca son idénticas, v=vo, demuestre que el balance molar no estacionario de

CO dentro de la cuenca es

f) Verifique que la solución de la ecuación (P1-10.1) es

g) Si la conversión inicial de monóxido de carbono en la cuenca antes de que

comience a soplar el viento Santa Ana es de 8ppm (2.04*10-8

lbmol/ft3). Calcule

el tiempo requerido para que el monóxido de carbono alcance un nivel de 2

ppm.

DATOS




CÁLCULOS

a)

b)

[

]

c)

[

] [

] [ ]

d)




e)

Ecuación de flujo no estacionario

f)

∫

∫

g)

8ppm (2.04*10-8

lbmol/ft3).

2 ppm.




P1-15B La reacción

Se efectuará isotérmicamente en un reactor de flujo continuo. Calcule los

volúmenes de los reactores tanto CSTR como del PFR necesarios para consumir

99% de A (es decir, CA=0.01CAo) si la velocidad de flujo molar que entra es

5(mol/h) suponiendo que la velocidad de reacción (-rA) es:

a) con

(Resp: V=99dm3)

b) con

c) con

(Resp: VCSTR=66000dm

3)

La velocidad del flujo volumétrico de entrada es de 10(dm3/h). (Nota: FA=CA*v. Si

la velocidad de flujo volumétrico constante v=vo. También

CAo=FAo/vo=[5mol/h]/[10dm3/h]=0.5mol/dm

3).

d) Repita los inicios a), b) y c) para calcular el tiempo necesario para consumir

99.9% de la especie A en un reactor intermitente de volumen constante de

1000dm3 con CAo=0.5(mol/dm

3)

SOLUCIÓN:

PARTE A

con

Como v=vo=cte

Entonces:




Para un CSTR:

Para un PFR:

∫

∫

[ ]

[ ]

[ ]




PARTE B

con

Para un CSTR:

(

)

Para un PFR:

∫

∫

( )

PARTE C

con

Para un CSTR:

( )




Para un PFR:

∫

∫

[

]

[

]

[

]

PARTE D

Cálculo del Tiempo para Reactor Intermitente:

a)

DATOS:

SOLUCIÓN:

∫

∫

∫




∫

(

(

))

b)

∫

∫

∫

(

)

(

) (

)

c)

∫

∫

∫

∫

∫




[

]

[

]

[

]

[

]




P1-16B Escriba un resumen de un párrafo de un artículo sobre cinética química

o ingeniería de las reacciones químicas. El artículo se deberá haber publicado

en los últimos cinco años. ¿Qué aprendió de este artículo? ¿Por qué es

importante el artículo?

TEMA:

Cinética química: Femptoquímica (Nobel 1999)

“Descripción:

Conocer los estados transitorios entre los reactivos y los productos es un paso

fundamental para comprender y controlar una reacción química. En 1999 el Premio

Nobel de Química fue entregado al investigador egipcio Ahmed Zewail por sus trabajos

sobre los procesos ultrarrápidos involucrados en una reacción química. Éstos

permitieron identificar especies transitorias cuya vida se reduce a unos pocos

femptosegundos (1 fs = 10-15

s). Para utilizar una imagen sencilla: es como si la

"película" de la reacción pudiera estudiarse fotograma a fotograma, con un lapso entre

dos fotogramas del orden de los femptosegundos. El presente artículo describe con

claridad los rudimentos del procedimiento galardonado y realiza, paralelamente, un

excelente resumen de los eventos que pautan una reacción química a escala molecular.

Idioma:

Español (ES)

Autor:

Pedro Aramendía

Fuente:

UBA - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Revista Exactamente

Fecha de publicación:

26 de Febrero de 2009” (1)

Referencia artículo:

http://www.uruguayeduca.edu.uy/Userfiles/P0001/File/NobelFemto.pdf

RESUMEN: ______________

(1) http://www.uruguayeduca.edu.uy/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=200582

http://www.uruguayeduca.edu.uy/Userfiles/P0001/File/NobelFemto.pdf




El artículo habla acerca del trabajo excepcional de Ahmed Zewail sobre el estudio

ultrarrápido delas reacciones químicas que lleva un campo denominado

“Femptoquímica”.

Se enlaza un breve comentario acerca de lo que son las trasformaciones químicas y lo

que implica el proceso en los átomos de la materia, como las vías metabólicas en

general, o los procesos industriales dan lugar a varios pasos de reacción en los que los

productos de una etapa son los reactivos de la siguiente. Estas reacciones que se

producen son elementales y en cada etapa se rompen uniones químicas y se van

generando especies intermediarias las cuales son más reactivas y tienen un tiempo de

vida muy pequeño entre un mili y un picosegundo. Controlar la reactividad de los

intermediarios de una reacción es la forma más eficaz de obtener información y

respuestas sobre el comportamiento de la materia.

Zewail logró la observación directa del complejo activado, parte de la reacción más

importante, y con ayuda de trabajos de científicos ingleses y alemanes se identificó los

intermediarios de las reacciones de milisegundos a microsegundos; en décadas

posteriores se pudo acelerar la detección y sensibilidad para el estudio de las reacciones

que tienen lugar en el nanosegundo y el picosegundo.

Todos estos estudios que se realizaron permitieron detectar y conocer el origen de

radicales libres y especies reactivas del oxígeno potencialmente peligrosas para la

salud, procesos químicos atmosféricos, mecanismo de la fotosíntesis entre otros.

Comentario.

Gracias a este artículo tengo el conocimiento de que los complejos intermedios que se

forman durante la reacción química son tan reactivos al punto de que las reacciones que

ocurren pueden ser en pocos segundos y que esto define algunas características de los

átomos durante la reacción. El artículo es importante porque da a conocer la perspectiva

de los científicos en esa época, que con la tecnología de ese entonces lograron un

avance en la cinética de las reacciones y que hoy en día todos los procesos industriales

lo aplican.




P1-17B (a) Inicialmente hay 500 conejos (x) y 200 zorros (y) en la propiedad

Farrners Oats . Use Polymath o MATLAB para graficar la concentración de

zorros y conejos en función del tiempo para un periodo hasta de 500 días. Las

relaciones entre depredador y presa están dadas por el siguiente conjunto de

ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas:

Constante para el crecimiento de la población de conejos k1 = 0.02 día-l.

Constante para la muerte de conejos k2 = 0.00004/(día x núm. de zorros).

Constante para el crecimiento de zorros después de comer conejos k3 = 0.0004/(día

x núm. de conejos).

Constante para muerte de zorros k4 = 0.04 día-l.

¿Cómo serán sus resultados para el caso k3 = 0.00004/(día x número de conejos) y

tfinal = 800 días? Grafique también el número de zorros contra el número de

conejos.

Explique por qué las curvas tienen el aspecto que tienen.

Escriba un párrafo que describa sus hallazgos.

(b) Use Polymath o MATLAB para resolver el siguiente sistema de ecuaciones

algebraicas no lineales:

Con suposiciones iniciales de x = 2, y = 2. Trate de familiarizarse con las teclas

de edición de Polymath y MATLAB.

DATOS:

Número inicial de conejos: x=500

Número inicial de zorros: y=200

Número de días=500

k1 = 0.02 día-l.

k2 = 0.00004/(día x núm. de zorros)

k3 = 0.0004/(día x núm. de conejos)

k4 = 0.04 día-l




SOLUCIÓN DEL LITERAL (a):

Usando POLYMATH

TABLA 1

Primer reporte de resultados de POLYMATH




GRÁFICO 1

x=f(t) e y=f(t)

Cuando k3 = 0.00004/(día x número de conejos) y tfinal = 800 días:




TABLA 2

Segundo reporte de resultados de POLYMATH




GRÁFICO 2

x=f(t) e y=f(t)

GRÁFICO 3

Gráfica de zorros vs. Conejos

y=f(x)




CONCLUSIÓN:

Se observa en el gráfico 2 que al disminuir 10 veces la constante k3 (constante para el

crecimiento de zorros después de comer conejos) el número de conejos en casi todos los

tramos de la curva es mayor al número de zorros entonces observamos que en el grafico

1 en el tiempo final de 500 días el número de zorros es mayor al de conejos y en el

gráfico 2 pasa lo contrario en el tiempo final de 800 días. Los gráficos 1 y 2 representan

funciones periódicas por lo tanto sus soluciones también lo son, es decir, cada cierto

tiempo el número de conejos es igual al número de zorros y es por esto que la gráfica 3

tiene esa forma casi ovalada.

SOLUCIÓN DEL LITERAL (b):

Resultados de POLYMATH:

TABLA 3

Resultados de POLYMATH para el sistema de ecuaciones no lineales




P1-18 ¿Qué pasa si?

Figura P1-18.1: Esquema de flujo para la producción de nitrobenceno.

(a) La corriente de alimentación de benceno del ejemplo R1.3 – 1 del PRS no se

precalentara con una corriente de producto. ¿Cuáles serían las consecuencias?

Sin precalentamiento de la alimentación de benceno disminuirá la velocidad de

reacción y por lo tanto se puede lograr conversiones menores esto quiere decir

que los reactivos no podrían estar lo suficientemente calientes como para que

estos reaccionen y formen productos debido a que las condiciones de operación

no dan la posibilidad que se logre por su temperatura y lograr tener el

calentamiento apropiado.

(b) Se necesitara conocer el costo de un reactor Pfaundler de 6000 galones y otro

de 15000 galones? ¿Qué costo tendrían?

Tabla 1. Valores de volumen y costos (puestos)

cost, $ V, galon lnCost lnV

24342,84 6,69 10,1 1,9

36315,25 54,60 10,5 4

59873,70 445,86 11 6,1

66170,67 1096,63 11,1 7

147265,45 7331,93 11,9 8,9

242799,59 8103,03 12,4 9




Figura 1. Diagrama ln cost=f(ln V)

Para 6000 galones

(c) Sólo se presentara un operador para hacer funcionar la planta de

nitrobenceno? ¿Cuáles serían algunas de sus primeras preocupaciones?

Es imposible que solamente una persona opere una planta, ya que existen varios

procesos y equipos que deben ser controlados.

y = 0,2929x + 9,3655 R² = 0,9129

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10

lnco

st

lnV

lnCost=f(lnV)




La primera preocupación del operador sería que no podría estar en la capacidad de

detectar a tiempo el mal funcionamiento de algún equipo y por lo tanto la planta

podría sufrir graves daños o incluso provocar un grave accidente.

Al estar solo el operador no tendría ayuda ni técnica ni médica, en el caso de daños

de los equipos o si sufriera algún accidente.

Es necesario que exista un grupo de personas que estén encargados de la seguridad de la

planta para así evitar accidentes y por ende también pérdidas económicas y humanas.




P1-20A EFP #2. ¿Cuantos metros cuadrados de pizza fueron comidos por una

población estudiantil de pregrado de 20000 durante el semestre de otoño de

2004?

1.- Metros cuadrados de una pizza promedio _____0,20 m2_______

2.- Estudiantes que les gusta la pizza _____8000________

3.- Restaurants que venden pizza ________12________

4.- Frecuencia de personas que consumen pizza ________3200_______

5.- Cantidad de rebanadas consumidas en cada consumo _________6_________

6.- Cantidad de veces consumidas por semana ________2________

Por lo que a partir de estos datos se estiman los límites de los posibles resultados

teniendo una cantidad mínima de 21000 m2 y un máximo de 29000 m

2. Con una

aproximación media de 25920 m2.




P1-21B. Este problema se empleara en cada uno de los siguientes capítulos para

ayudarlo a desarrollar destrezas del pensamiento crítico.

a) Escriba una pregunta acerca de este problema que requiere del pensamiento

crítico.

Ser capaz de utilizar un pensamiento crítico significa que piensas por ti mismo, que

no aceptas las ideas y opiniones de los demás simplemente porque lo dicen ellos, lo

dice la mayoría o lo dice la sociedad, sino porque has pensando en ello, conoces los

argumentos a favor y en contra y has tomado tu propia decisión respecto a lo que

consideras verdadero o falso, aceptable o inaceptable, deseable o indeseable.

Tomando el concepto anterior como antecedente la pregunta sería:

¿Los métodos conocidos y empleados para solucionar problemas en reacciones

químicas son únicos, invariables y no dan lugar a nuevos métodos?

Por lo antes mencionado la contestación resulta algo lógica de decir, la cual sería

que el resultado podrá ser en muchos casos concreto y único, pero la forma y los

métodos de llegar a dicho resultado siempre podrán ser variantes y dependerán de la

creatividad del solucionador.

b) Que generalizaciones puede hacer acerca de los resultados de este problema.

Siempre habrá muchos métodos para solucionar problemas en reacciones químicas,

pero claro todo estará en función de una buena teoría y sin desviarse de las leyes que

la naturaleza establece.

c) Escriba una pregunta que expanda este problema.

¿Sería capaz usted de mejorar los métodos existentes para solucionar problemas de

reacciones o crear un nuevo método?




CDP1-B Un reactor novedoso utilizado en las operaciones de procesamiento

especiales es la espuma (líquido + gas) reactor (Figura CDP1-B).

Figura CDP1-B Reactor espuma.

Suponiendo que la reacción sólo se produce en la fase líquida, derivar la ecuación

general diferencial de balance molar en términos de

-rA = velocidad de reacción, g mol A por cm3 de líquido por segundo

e = fracción de volumen de gas

FA = velocidad de flujo molar de A, g mol / s

V = volumen de reactor

SOLUCION

Dado: La reacción de la fase liquida en un reactor de espuma es:

A B

Considerando un elemento diferencial ΔV del reactor

Por balance de material tenemos:

Donde

= fracción del elemento del reactor que es líquida.

Podemos tener:

Deben relacionarse con –rA a FA

fogler capitulo 1- curso 2013-2013

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