Master en Ingeniería Industrial Asignatura: Formación complementaria de ingeniería química y termofluidos

Curso: 2014 – 2015 Ingeniería de la Reacción Química

TAREA 2: Ingeniería de la Reacción Química Determinación de ecuación cinética y cálculo de reactores

El etil terc-butil eter (ETBE), que se utiliza industrialmente como antidetonante

en gasolinas ecológicas, se produce industrialmente por reacción catalítica en

fase líquida de isobuteno (I) y etanol (E) a alta presión, según la reacción:

C4H8 + C2H6O C6H14O

1. A escala laboratorio se han determinado los datos cinéticos

correspondientes a la reacción de síntesis de ETBE. Para ello se ha

empleado un pequeño reactor experimental discontinuo de tanque agitado.

Dicho reactor se carga inicialmente con una mezcla equimolar de isobuteno

y etanol (CI0 = CE0 = 7 mol/L). El sistema de reacción está dotado de un

dispositivo de análisis que permite medir la conversión de isobuteno a la

salida del mismo (XI) en función del tiempo de operación (t). Los datos

cinéticos, determinados a tres temperaturas de operación diferentes, se

muestran en la tabla adjunta.

XI t (min) T = 30ºC T = 60ºC T = 90ºC

0 2 5 15 28 50 80

100 160

0 0.054 0.125 0.300 0.445 0.590 0.700 0.740 0.820

0 0.100 0.220 0.460 0.610 0.740 0.820 0.850 0.900

0 0.150 0.300 0.550 0.700 0.820 0.890 0.910 0.940

Determinar:

a) La ecuación cinética correspondiente a cada una de las temperaturas. Explicar razonadamente el método de determinación de parámetros cinéticos empleado (diferencial o integral). (4 puntos) Admitir una ecuación cinética de tipo potencial:

r (mol/L·min) = kCIn

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b) El factor pre-exponencial y la energía de activación de esta reacción en el intervalo de temperaturas estudiado. Admitir que la constante cinética se ajusta a la ecuación de Arrhenius. (1 punto)

2. A escala semi-industrial la reacción de síntesis de ETBE se lleva a cabo en un reactor tubular de 10 m3 que se alimenta continuamente con un caudal de 25 m3/h de una mezcla equimolar de ambos reactivos (CI0 = CE0 = 7 mol/L) y que opera isotérmicamente a 75ºC.

Determinar:

c) La conversión porcentual alcanzada en este reactor (2.5 puntos)

3. Se propone como alternativa al proceso anterior emplear un reactor continuo de tanque agitado con idéntica capacidad que el tubular (10 m3) y que se alimenta continuamente con la misma mezcla equimolar de ambos reactivos (CI0 = CE0 = 7 mol/L). El reactor también opera isotérmicamente a 75ºC.

Determinar:

d) El flujo volumétrico de alimentación (m3/h) si se desea alcanzar la misma conversión que en el reactor tubular anterior (1.5 puntos)

e) La producción de ETBE (kg/h) obtenida con este reactor. Comparar el resultado con la producción obtenida en el reactor tubular (1 punto)

Indicaciones: • Fecha límite de entrega: 7 de noviembre de 2014 (20:00 horas) • La entrega se realizará en formato electrónico-telemático a través del Curso

virtual disponible en Moodle-UVa (http://campusvirtual.uva.es/). • La resolución se enviará en dos ficheros a través de la propia plataforma.

Uno de los ficheros incluirá el planteamiento de la tarea y su resolución detallada (en formato pdf) y el segundo fichero incluirá los cálculos realizados con Excel o Matlab.

• Se valorará en la calificación final de la tarea el empleo en la resolución del problema de alguna herramienta de cálculo apropiada (p.e. Excel o Matlab).

• La calificación de esta tarea se comunicará a los portavoces de los grupos a través del curso virtual.