Curso de Reactores Químicos - EJERCICIO: CSTR ADIABÁTICO (reactores no isotérmicos) (Ejemplo 8-8 Fogler)

Curso de reactores químicos: https://www.youtube.com/playlist?list=PLzrXdZNO6WyuwNKnYYBGnoq-5VFS0H45M Tomado del libro de Ingeniería de las Reacciones Químicas de Fogler (4 ed.) Ejemplo 8-8 Producción de propilenglicol en un CSTR adiabático El propilenglicol se produce por hidrólisis del óxido de propileno Más de 800 millones de libras de propilenglicol fueron producidas en 2004 y el precio de venta fue aproximadamente de 0.68 centavos de dólar por libra. El propilenglicol constituye alrededor del 25% de los principales derivados del óxido de propileno. La reacción se lleva a cabo con facilidad a temperatura ambiente cuando es catalizada por ácido sulfúrico. Suponga que usted es el ingeniero a cargo de un CSTR adiabático que produce propilenglicol por este método. Desafortunadamente, el reactor ha empezado a tener fugas, por lo que es necesario reemplazarlo. (Usted comentó con su jefe en varias ocasiones que el ácido sulfúrico es corrosivo y que el acero dulce es un material no indicado para la construcción del reactor.) Hay un CSTR con rebosamiento de buena apariencia y capacidad de 300 gal desocupado; está recubierto de vidrio y usted desea usarlo. Se va a alimentar 2500 lbm/h (43.04 lb mol/h) de óxido de propileno (P. O.) al reactor. La corriente de alimentación consta de (1) una mezcla equivolumétrica de óxido de propileno (46.62 pies3/h) metanol (46.62 pies3/h) y (2) agua que contiene 0.1% en peso de H2SO4. El flujo volumétrico del agua es 2.5 veces el flujo del metanol-P. O. Los flujos molares del metanol y del agua correspondientes son 71.8 y 802.8 lb mol/h, respectivamente. La mezcla de agua-óxido de propileno-metanol experimenta una leve disminución de volumen al mezclarse (aproximadamente de 3%), pero usted desprecia esta disminución en sus cálculos. La temperatura de ambas corrientes de alimentación es de 58°F antes de la mezcla, pero hay un aumento inmediato de 17°F al efectuar la mezcla de las dos corrientes de alimentación provocada por el calor de mezclado. La temperatura de entrada dentro de las corrientes de alimentación se considera, por lo tanto, que es de 75°F (figura E8-8.1). Furusawa et al.7 dicen que en condiciones similares a las de este ejemplo, la reacción es de primer orden respecto a la concentración del óxido de propileno y de orden cero aparente respecto al agua en exceso, con la velocidad de reacción específica k=Aexp(-E/RT)=16.96x10^12*exp(-232,400/RT) h^-1 Las unidades de E son Btu/lb mol. Hay una restricción importante en esta operación. El óxido de propileno es una sustancia con punto de ebullición bastante bajo. Con la mezcla que se está empleando, usted considera que no puede exceder una temperatura de operación de 125°F o perderá demasiado óxido por vaporización a través del sistema de ventilas. ¿Podrá emplear el CSTR extra como reemplazo del que tiene fugas si se opera adiabáticamente? En caso afirmativo, ¿cuál será la conversión del óxido a glicol?