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Problemas 3: Asociación de reactores 

1‐En un reactor de flujo en pistón reacciona la sustancia A de acuerdo con una cinética de 

segundo orden, alcanzando una conversión del 95%. Se adquiere un segundo reactor análogo 

al primero. Calcúlese el aumento de la capacidad de la instalación, para la misma conversión, si 

estas dos unidades se conectan en paralelo o en serie, y si 

a) Los dos reactores son de flujo pistón 

b) Los dos reactores son de flujo en mezcla completa 

 

2‐a) Dedúzcase una expresión para la concentración de reactante en el flujo procedente de 

un  conjunto  de  reactores  de mezcla  completa  de  diferentes  tamaños  conectados  en  serie, 

suponiendo que  la  reacción corresponde a una cinética de primer orden y que el  tiempo de 

residencia en el i‐ésimo reactor es i. 

b) Demuéstrese que esa expresión se reduce a la ecuación presentada en teoria cuando todos 

los reactores son del mismo tamaño. 

3‐Nuestra compañía tiene dos reactores de mezcla completa de distinto tamaño para 

la  producción  de  un  producto  específico  obtenido  por  una  reacción  homogénea  de  primer 

orden.  ¿Cuál  de  las  dos  posibles  asociaciones  permite  alcanzar  la  velocidad  de  producción 

máxima?. 

4‐En un reactor de mezcla completa se efectúa una reacción de primer orden en fase 

líquida,  con  una  conversión  del  92%.  Se  ha  sugerido  que  se  recircule  una  fracción  de  la 

corriente de producto (sin tratamiento adicional). Si el caudal de la alimentación no varía, ¿de 

qué modo afectará a la conversión?. 

5‐En dos tanques ideales con agitación de 40000 litros cada uno, conectados en serie, 

se han de  tratar 100  litros/h de un  fluido radioactivo que tiene una vida media de 20 horas. 

Calcúlese el descenso de su actividad a su paso at través del sistema. 

6‐La reacción elemental A + B R+S tiene  lugar en una  instalación que consta de un 

reactor de mezcla completa en el que se  introducen  las dos disoluciones reactantes, seguido 

de un reactor de flujo en pistón. Se emplea un gran exceso de B para que  la reacción sea de 

primer orden con respecto a A. 

Se han  indicado  varios métodos para  aumentar  la producción, uno de  los  cuales  es 

invertir el orden de las dos unidades de reacción. ¿Cómo afecta este cambio a la conversión?. 

 

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7‐Se investiga la cinética de la descomposición de A en fase acuosa en dos reactores de 

mezcla  completa  conectados en  serie, el  segundo de  los  cuales  tiene doble volumen que el 

primero. En el estado estacionario, cuando la concentración de la alimentación es de 1mol de 

A/litro    y  el  tiempo  medio  de  residencia  es  de  96  segundos  en  el  primer  reactor,  la 

concentración  en  éste  es  de  0.5 mol  de  A/litro  y  en  el  segundo  de  0.25 mol  de  A/litro. 

Determínese la ecuación cinética para la descomposición. 

8‐La  reacción  elemental  irreversible  en  fase  acuosa  A+BR+S  se  efectúa 

isotérmicamente del siguiente modo: Se introducen caudales iguales de dos corrientes líquidas 

en un  tanque de 4  litros; una de  las  corrientes  contiene 0.020 molA/litro  y  la otra 1.4 mol 

B/litro. La mezcla pasa después a  través de un  reactor de  flujo en pistón de 16  litros. Se ha 

encontrado  que  en  el  tanque  de  mezcla  se  forma  algo  de  R,  siendo  su  concentración 

0.002mol/litro.  Suponiendo  que  este  tanque  actúa  como  un  reactor  de mezcla  completa, 

calcúlese la concentración de R a la salida del reactor de flujo en pistón así como la fracción de 

A inicial que se ha convertido en el sistema. 

9‐En  un  reactor  de  flujo  en  pistón  que  opera  isotérmicamente  con  una  relación  de 

recirculación  igual  a  la  unidad,  se  efectúa  la  reacción  elemental  de  segundo  orden  en  fase 

líquida  2A2R,  con  una  conversión  igual  a  2/3.  Calcúlese  la  conversión  si  no  se  emplea 

recirculación. 

10‐Un  reactor  de  flujo  pistón,  PFR  de  volumen V1  y  un  reactor  continuo  de mezcla 

perfecta,  CSTR  de  volumen V2=4V1  operan  en  estado  estacionario  en  paralelo  para  llevar  a 

cabo  la  reacción  en  fase  líquida,  de  primer  orden,  A→productos,  caracterizada  por 

kAV1/q0=kA1=1.  Si la alimentación (q0 o FA0) se divide de tal manera que el 40% pasa por el PFR 

y el 60% por el CSTR. 

a) calcular  la conversión de A en  la corriente combinada resultante de  juntar  

las dos corrientes de salida de los reactores. 

b) Teniendo en cuenta un arreglo en paralelo de  los dos reactores, ¿Cómo se 

debe dividir la corriente entre los dos reactores para conseguir la operación 

más eficiente? 

c) ¿Sería más eficiente distribuir los dos reactores en paralelo? 

11‐En dos reactores de mezcla completa conectados en serie se efectúa una reacción 

de primer orden. Demuéstrese que el volumen  total de  los dos reactores es mínimo cuando 

son del mismo tamaño. 

   

 

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12‐La producción actual de un producto R no cubre  las necesidades del mercado, por 

lo  cual  se  ha  de  hacer  un  estudio  exploratorio  del  modo  de  aumentar  la  producción.  El 

producto  R  se  forma  por  una  reacción  elemental  irreversible  de A  con  B  en  un  reactor  de 

mezcla  completa.  A  causa  del  gran  exceso  de  B  utilizado  en  la  reacción,  ésta  puede 

considerarse  de  primer  orden  con  respecto  a  A  con  un  coeficiente  cinético  k.  R  se  separa 

cuantitativamente de la corriente de salida del reactor y se descarga. El equipo de separación 

es bastante flexible y pueden manejarse fácilmente caudales muy diferentes. 

a) En nuestro caso  la velocidad de producción es FR=25kmol R/h para  la conversión 

XA=0.95. En estas condiciones, ¿cuál es el coste unitario del R producido? 

b) En  general,  si  la  alimentación  de  A  a  €/kmol  entra  en  un  reactor  de mezcla 

completa de  volumen V  litros,  con una  concentración CA0 kmol/l a  razón de  FA0, 

kmol/h, calcúlese la conversión de A para la cual el coste unitario del producto R es 

mínimo. Los costes fijos y de funcionamiento son  €/h.  Para esta conversión ¿cuál 

es el coste unitario del R producido y a qué velocidad de producción de R, FR se 

corresponde? 

c) Sugiérase cómo podría funcionar la planta (conversión del reactivo y velocidad de 

producción de R), y cómo podría hacerse máxima  la producción manteniendo fijo 

el coste unitario del producto, e igual al del apartado a). 

d) ¿Cuál es el coste mínimo del R producido, y a qué conversión del reactante y a qué 

velocidad de producción corresponde? 

Datos:  A  se  suministra  a  30€/kmol  con  una  concentración  de  0.1 mol/l.  El  coste  de  B  es 

insignificante. Las cargas  fijas y de operación para el  reactor y el  sistema de  separación  son 

150€/h. 

SOLUCIONES: 

1‐ a) FA0’=2 FA0  b) FA0’=10.1 FA0 

2‐ ∏

 

3‐ Las dos son iguales 

4‐ No afecta 

5‐ Descenso actividad=99.55% 

6‐ V=82.2 l 

7‐ (‐rA)=kCA2  k=1.25 l/mol min 

8‐ XA=0.7  CR=0.007mol/l    9‐ XA=0.75 

10‐ a) XA=0.889 (q2/q1=1.5)     b)q2/q1=1.68 (XA=0.90)    c) si, XA=0.926 

12 a) 37.58€/kmol R  b) XA=0.909 36.3€/kmol R  c) XA=0.84 FR=45.45 kmol R/h