ejercicios cinetica de reactores fpa 2015

8/17/2019 Ejercicios Cinetica de Reactores FPA 2015

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UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERÍA-EIDENAR ÁREA DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTALFUNDAMENTOS DE PROCESOS AMBIENTALES 2014

TALLER DE REPASO PARCIAL 1: Reac!"e#

1) En el proceso de desinfección de agua potable es necesario dejar una cantidad de cloro

residual para asegurar que se mantenga un efecto potencial de desinfección cuando el agua

abandone la planta de tratamiento y se enví e a las casas a través de las redes de suministro.

Sin embargo, diferentes estudios indican que dicho cloro puede reaccionar con compuestos

orgánicos generando subproductos que son considerados tóxicos a la salud humana. En

investigaciones preliminares se ha establecido que una de las reacciones que probablemente

ocurre es la formación de tricloroacetaldehido, el cual es formado a partir de la reacción

entre el cloro residual y el acetaldehí do (AcA), acorde con la siguiente reacción:

a) Escriba las expresiones de velocidad asumiendo que la reacción puede considerarse

elemental. Determine el orden de la reacción y como se relacionan las constantes de

velocidad de cada una de las especies involucrada.

b) Suponga que se realizaron experimentos de laboratorio para establecer la cinética de

reacción, obteniéndose los siguientes datos de concentración de cloro residual ( no

combinado con los productos de la cloración del acetaldehí do) versus tiempo:

Tiempo (h) 0.1 13 29 59 72

Conc. Cl 2 residual

(mg/L)

3.6 3.3 2.7 2.4 2.1

Establezca el orden de la reacción y calcule la constante de velocidad utilizando los

datos experimentales. Escriba la expresión de velocidad.

c) Compare la eficiencia de eliminación de cloro residual obtenida en reactores batch,

RCMFC, RFP y 4 RCMFC en serie, si el caudal del agua que entra a estos reactores es

10 L/s y el volumen total del reactor es 200 m3.

2) Con el propósito de establecer la cinética de biodegradación de una sustancia A presente enun agua residual se realizó un ensayo experimental a una temperatura de 1$ %C obteniendolos siguientes resultados:

TIEMP !Minutos) ["] !mol#$)

% &'(&

&*

2 +,

, -&

+ ,,

% *2

2% 2(-,% 2

+% %(%.


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%% %(%%,-

/uponga 0ue a partir de estos datos un ingeniero desea proyectar un sistema de tratamiento de

aguas residuales para eliminar la sustancia A con una e1iciencia del ''3 "suma 0ue el agua semantendr4 a la temperatura ambiente de la ciudad 0ue es *% %C3

Inicialmente en su dise5o el ingeniero considera la construcción de un reactor relati6amente

largo y angosto( por lo cual asume para sus c4lculos las ecuaciones relacionadas con un reactor

1lu7o pistón3 /in embargo( en el momento de la construcción alguien decide colocar

mezcladores potentes situados a inter6alos a lo largo del reactor( por lo tanto las condiciones de

mezclado reales son las de un reactor de tan0ue completamente mezclado3

"l suponer condiciones de 1lu7o pistón( 89ué error al calcular el 6olumen necesario del reactor

tendr4 el ingeniero( si el caudal de alimentación es de 3%%% 1t *#;( 8Cu4l ser4 la e1iciencia real

suponiendo las condiciones de


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Para las siguientes alternati6as propuestas calcular la concentración del compuesto " en el

e1luente de cada uno de los sistemas propuestos e igualmente calcular( la producción diaria

del compuesto en FgG mol#d?a3 Comente sus resultados3

A( Emplear un reactor completamente mezclado RCM( con un 6olumen de 200 /) B( Emplear un reactor en 1lu7o pistón RFP con un 6olumen de 200/)(C( Emplear dos reactores en serie completamente mezclados cada uno con un 6olumen de

100/)D( Emplear dos reactores en serie 1lu7o pistón cada uno con un 6olumen de 100 /)E( Cuantos reactores batc colocados en serie de 6olumen de 40 /) se deben usar si se

0uiere obtener la misma remoción 0ue en el caso del reactor completamente mezclado

asuma 0ue el tiempo de alistamiento de los reactores entre limpieza y descarga es ,

oras3

.) " partir de estudios cinéticos de la desin1ección de un agua residual( los cuales 1ueron

realizados en un reactor batc 0ue se mantu6o a una temperatura constante de - o C( se

obtu6ieron los datos 0ue se muestran en la 1igura ad7unta:

/upóngase 0ue a partir de esta in1ormación se desea dise5ar un reactor de desin1ección 0ue debe

tratar una concentración de x %- =>C#ml y un caudal de .%%% $#min de agua residual( el cual

debe operar a una temperatura de 2* o C3 =no de los criterios del dise5o exige 0ue cual0uier

tipo de reactor 0ue se seleccione en todos los casos debe asegurar 0ue el agua residual tenga un

tiempo teórico de residencia de %3 ora3 "sumiendo 0ue H3%2, calcule:

a3 $a e1iciencia obtenida si el reactor seleccionado es completamente mezclado

b3 $a e1iciencia obtenida si el reactor seleccionado es de 1lu7o pistón3

Por 1a6or expli0ue las di1erencias obtenidas entre uno y otro reactor basados en los conceptosteóricos 0ue rigen estos reactores ideales3

+) En un arroyo se descargan aguas residuales tratadas de manera de1iciente3 $a 6elocidad del

cauce del r?o corriente arriba del punto de descarga es 9u &(+ m*#s3 $a descarga ocurre a 9d

%(' m*#s y tiene una concentración D de -%(% mg#$3 /uponga 0ue la D corriente

arriba es despreciable3

a) 8Cu4l es la concentración D corriente aba7o 7usto a partir del punto de descarga;

b) /i el arroyo tiene un 4rea perpendicular de % m2( 8cu4l es la concentración D -% m

corriente aba7o; /i se elimina la D a una 6elocidad de decaimiento de primer orden

igual a %(2%#d?a3


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&) =n deseco producido a una tasa de -% m*#d 6a a ser tratado en un reactor batc3 El proceso

de con6ersión o biodegradación del deseco sigue una cinética de primer orden y la

6elocidad de reacción r GC( con *3- d?a G3 =n per?odo de cuatro oras es re0uerido

para sacar el deseco tratado al 1inal del tiempo de reacción y llenar el reactor batc con el

nue6o deseco a tratar3

a) /i solo se dispone de reactores batc de 2- m*( determine el nJmero de reactores

re0uerido para reducir la concentración del deseco a un % de su concentración

inicial3

b) /i solo se dispone de un solo tan0ue de 2- m *( 8Cu4l es la e1iciencia 0ue se alcanza a

obtener;

') =n reactor de 3% x %. galones se emplea en una planta de tratamiento de aguas residuales3

$a concentración de D del a1luente es %% mg#$3 El caudal de aguas residuales del

reactor es -%% gal#min y el e1luente tiene una concentración de 2- mg#$

a) 8Cu4l es la constante de 6elocidad de primer orden para el decaimiento de la D en elreactor; /uponga( 0ue el reactor puede modelarse como un CM3 Exprese sus

respuestas en unidades de G3

b) /uponga 0ue el reactor debe modelarse como un P con decaimiento de primer orden(

no como un CM3 En este caso( 8Cu4l debe ser la constante de 6elocidad de

decaimiento de orden dentro del P;

c) /e a determinado 0ue la concentración de salida es demasiado alta( y 0ue como

resultado( el tiempo de residencia en el reactor debe duplicarse3 /uponiendo 0ue todas

las otras 6ariables permanecen constantes( 8Cu4l debe ser el 6olumen del nue6o

CM;

%) Tres reactores de mezcla completa conectados en serie ser4n utilizados para medir la

concentración de un constituyente biodegradable ba7o condiciones de estado estable!suponga degradación de primer orden)3 " partir de la in1ormación proporcionada en la

siguiente tabla !eli7a una columna)( determine el 6olumen re0uerido para cada uno de los

reactores !suponga reactores de igual tama5o)

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