7/26/2019 chemical reactors exercise

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CORSO DI REATTORI CHIMIC I

PROBLEM SET 3

Corso di Reattori Chimici PS 3

Progetto di reattori singoli ideali isotermi

1) La reazione elementare reversibile A=B+C viene condotta in fase liquida in un reattore continuo

ideale isotermo alimentando una corrente con una concentrazione di reagente pari a 6.5 mol/l alla

temperatura di 328 K. In queste condizioni la costante della reazione diretta vale 3.8 10-3 s-1 e la

costante di equilibrio KCvale 126.7 mol/l. Si chiede quanto segue:

i. nel caso in cui il reattore si comporti come un CSTR ideale determinare il tempo di

riempimento necessario ad ottenere il 75% della conversione di equilibrio;

ii. nel caso in cui il reattore si comporti come un PFR ideale determinare il tempo di

riempimento necessario ad ottenere il 75% della conversione di equilibrio;

iii. commentare le eventuali differenze ottenute nei due casi esaminati descrivendo i motivi per i

quali una delle due soluzioni pi conveniente dellaltra.

2) Studi sulle reazioni di polimerizzazione dellacetilene hanno mostrato che questo processo

pu essere descritto adeguatamente da una cinetica del secondo ordine e avviene in modo tale che,

utilizzando reagente puro in un reattore batch a pressione costante, lo 0.9% di acetilene si converte

in un complesso tetramerico, (C2H2)4, in 1 secondo alla temperatura di 550C ed alla pressione di 1

atm.

4C2H2(C2H2)4

4A B

Le apparecchiature disponibili in un impianto industriale sono costituite da 5 forni tubolari identici,

ciascuno formato da 47 tubi che si comportano come reattori tubolari ideali, lunghi 3.5 m e daldiametro interno di 5 cm. I cinque forni lavorano in parallelo, sono alimentati con una corrente

gassosa di 1000 m3/h alla pressione di 20 atm ed operano isotermicamente a 550C. Il gas di

alimentazione contiene l80% in volume di acetilene ed il 20% di inerte. Si chiede quanto segue:

i. calcolare la costante cinetica della reazione alla temperatura in esame;

ii. calcolare la produzione in kg/h di complesso tetramerico per lintero impianto assumendo

che la corrente gassosa di alimentazione venga equamente suddivisa tra tutti i tubi che

costituiscono il sistema di reazione.

3) Il reagente A si decompone secondo la reazione irreversibile del secondo ordine

2A2B+CLa reazione stata studiata in un reattore batch da laboratorio, operato a volume costante alla

temperatura di 800C, alimentando il reagente puro alla pressione di 2.5 atm; in queste condizioni la

pressione totale nel reattore dopo 6 minuti pari a 3 atm.

La stessa reazione, a livello industriale, deve essere condotta in un reattore tubolare ideale isotermo,

operato ad 800C, avente un volume di 300 l, alimentando una portata di 32 l/min di una corrente

contenente il reagente A ed un inerte in rapporto equimolare. La corrente in ingresso ha una

temperatura di 800C ed una pressione di 5 atm.

Si chiede quanto segue:i. calcolare la costante cinetica della reazione alla temperatura assegnata;

ii. calcolare la conversione ottenibile nel reattore industriale.

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4) La reazione irreversibile elementare in fase gassosa A+BC viene condotta in un reattore batch

ideale che pu funzionare sia in condizioni di pressione costante sia in condizioni di volume

costante. La reazione ha luogo alla temperatura di 200C ed alla pressione iniziale di 3 atm,

alimentando una carica iniziale avente la seguente composizione volumetrica: 40% di A, 50% di B

e 10% di un inerte. Si chiede quanto segue:

i.

nel caso in cui il reattore operi in condizioni di volume costante calcolare la conversionecorrispondente ad una pressione finale di 2 atm ed il tempo necessario per ottenere tale

valore;

ii.

nel caso in cui il reattore operi in condizioni di pressione costante calcolare il tempo

necessario per ottenere la conversione calcolata al punto i. e la variazione percentuale di

volume del sistema rispetto alle condizioni iniziali;

iii. confrontare i tempi di reazione ottenuti al punto i. ed al punto ii. e discutere in modo

motivato le eventuali differenze.

Dati:

RTE

0ekTk

minmol

l0188.0C100k

mol/J85000E