Problemas de Reatores e Conversão

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TUTORÍAS GRUPALES SESIÓN II (2021-22) 
 
1) Un reactor de lecho empacado convierte A en R por medio de una reacción catalítica de 
primer orden (A  R). Con pastillas de 9 mm (suponer esféricas). El reactor opera en régimen 
de fuerte resistencia a la difusión de los poros y la conversión es de 63.2 %. Si estas pastillas 
se reemplazan por otras de 18 mm (para reducir la pérdida de presión), ¿cómo afectará esto a 
la conversión? 
 
2) En un reactor experimental de tanque agitado con 10 g de partículas esféricas de catalizador 
de 1.2 mm y una alimentación de 4 cm3/s de A puro a 1 atm y 336 ºC, se obtiene una conversión 
del 80% para la reacción de primer orden: 
A  B HR = 0 
Se quiere diseñar un reactor de tamaño comercial para tratar grandes cantidades de alimento 
con una conversión del 80 % a la temperatura y presión anteriores. Se debe elegir entre un 
lecho fluidizado de partículas de 1 mm (suponer tanque agitado para el gas) o un lecho 
empacado de partículas de 1.5 cm. ¿Qué reactor se debe elegir para minimizar la cantidad de 
catalizador? ¿Qué tal ventaja sería la elección? 
Datos adicionales: catalizador = 2000 kg/m3 De = 10-6 m3/(mcat·s) 
 
3) Se lleva a cabo una reacción catalítica de primer orden A(l)  R(l) en un reactor vertical 
estrecho y largo con una corriente ascendente de líquido a través de un lecho fluidizado de 
partículas de catalizador. Al principio la conversión es de un 95% cuando las partículas son de 
5 mm de diámetro. Con el tiempo el catalizador se desgasta y las partículas pasan de 5 mm a 
3 mm de diámetro. ¿Cuál será la conversión en estas condiciones? Suponer que el 
comportamiento del reactor es de flujo pistón. 
a) Suponer que no hay resistencia a la difusión interna (ni externa). 
b) Suponer que hay una fuerte resistencia a la difusión interna. 
 
4) En la actualidad se lleva a cabo la reacción catalítica de primer orden A  R en el régimen 
de fuerte resistencia a la difusión en un reactor empacado lleno de partículas de 6 mm 
impregnadas con platino. Un fabricante de catalizadores sugiere que se sustituya este 
catalizador por pastillas de 6 mm que consiste en granos fusionados de 0.06 mm cada uno. La 
fracción vacía entre los granos en la pastilla sería más o menos del 25 %. Si estas nuevas 
pastillas estuvieran en régimen de libre resistencia a la difusión en los huecos grandes (entre 
granos), pero los granos estuvieran en régimen de fuerte resistencia a la difusión, ¿cómo 
afectaría el cambio al peso de catalizador necesario y al volumen del reactor? 
 
5) En una solución acuosa, y en contacto con el catalizador adecuado, el reactivo A se convierte 
en el producto R por medio de la reacción elemental A  2R. Encontrar la cantidad de 
catalizador necesaria en un reactor de lecho empacado para una conversión del 90% de 
104 moles A/h de alimento que tiene CA0 = 103 mol/m3. 
Para esta reacción: k’’’ = 2 m3/(m3 lecho·s) 
 
Datos adicionales: 
 Diámetro de las pastillas de catalizador poroso = 6 mm 
 Coeficiente de difusión efectiva de A en la pastilla = 4·10-8 m3/(mcat·s) 
 Fracción hueca del lecho empacado = 0.4 
 Densidad global del lecho empacado = 2100 kg/m3 de lecho