299967000 zeolita299967000 zeolita299967000 zeolita299967000 zeolita299967000 zeolita299967000 zeolita

1. La zeolita es un conjunto de aluminosilicatos hidratados que es ampliamente utilizada como catalizador en la industria.
Usualmente se sintetiza a partir de soluciones acuosas de silicato y aluminato de sodio. Kerr [J. Phys. Chem., vol 70 p 1947
(1966)] y S. Liu [Chem. Eng. Sci. vol 24 p.57 (1969)] han estudiado un método de síntesis a partir de aluminosilicato de sodio en
forma de sustrato amorfo y una solución acuosa de NaOH. La reacción se efectúa en dos pasos y Liu describe la cinética como:
DISEÑO DE UN REACTOR BATCH
Hay que notar que la reacción es catalizada por
la presencia de producto, dado que CZ aparece en el
numerador de la ecuación cinética. Las reacciones de
este tipo se les denomina autocatalíticas. A 100°C, las
constantes tienen valores de :
k1 = 2.36
k2 = 0.625 kseg-1
k3 = 0.36
Donde
COH = concentración de ion hidróxido
(kmol/m3 )
CZ = concentración de cristales de zeolita
(kg/m3 )
CA = concentración de sustrato amorfo
(kg/m3 )
k1, k2, k3 = constantes cinéticas

2. Se desea utilizar un tanque conteniendo 1 kg/m3 de zeolita y 24 kg/m3 de sustrato amorfo.
(a) Determinar el tiempo de residencia necesario para llevar el sustrato amorfo de zeolita al 98% de conversión en un reactor batch
perfectamente agitado. Considerar la operación isotérmica a 100°C y una concentración de hidróxido de 1.5 kmol/m3.
(b) Suponiendo que las condiciones de reacción son las descritas anteriormente, determinar el tamaño de reactor y el peso de carga
necesario para producir zeolita a un monto de 2,000 kg/día. Solo se utilizará un reactor y son necesarios 30 min entre corridas para
remover el producto, limpiar el reactor y cargar los reactivos. La zeolita recirculada al reactor proviene de las 2 toneladas que se
producen diariamente.
SOLUCION
A)SOLIDO AMORFO ESPECIES SOLUBLES

3. CA = CA0 (1 − xA)
CZ = CZ0 +CA0 xA
𝒓𝑨 = −
𝒅𝒄𝑨
𝒅𝒕
=
𝒌𝟐 𝑪𝑶𝑯
𝑲𝟏
𝑪𝑨𝟎(𝟏−𝑿𝑨 (𝑪𝒁𝟎+𝐂𝐀𝟎 𝐱𝐀
𝑲𝟑 𝑪𝒁𝟎 + 𝐂𝐀𝟎 𝐱𝐀 + (𝑲𝟑 + 𝟏 𝐂𝐀𝟎 (𝟏 − 𝐱𝐀
𝒓𝑨 = −
𝒅𝒄𝑨
𝒅𝒕
=
𝟎. 𝟔𝟐𝟓 ∗ 𝟏. 𝟓 𝟐.𝟑𝟔 ∗ 𝟐. 𝟒(𝟏 − 𝑿𝑨 (𝟏 + 𝟐𝟒𝐗𝐀
𝟎. 𝟑𝟔 𝟏 + 𝟐𝟒𝐗𝑨 + (
𝟐. 𝟑𝟔 𝟐𝟒 (𝟏 − 𝐱𝐀
−𝝏𝑪𝑨
𝒅𝒕
= 𝒓𝑨 =
𝟑𝟗. 𝟎𝟓(𝟏 − 𝑿𝑨 (𝟏 + 𝟐𝟒𝑿𝑨
𝟑𝟑 − 𝟐𝟒𝑿𝑨
𝒅𝑿𝑨
𝑪𝑨𝟎
𝒅𝒕
=
𝟑𝟗. 𝟎𝟓(𝟏 − 𝑿𝑨 (𝟏 + 𝟐𝟒𝐗𝐀
𝟑𝟑 − 𝟐𝟒𝐗𝑨
𝟑𝟑 − 𝟐𝟒𝐗𝐀 𝒅𝑿𝑨
(𝟏 − 𝑿𝑨 (𝟏 + 𝟐𝟒𝐗𝐀
= 𝟏. 𝟔𝟐𝟕𝟎𝟖𝟑𝒅𝒕
m

4. 𝒎 =
( 𝟑𝟑 − 𝟐𝟒𝐗𝑨 𝐝𝑿𝑨
(𝟏 − 𝑿𝑨 (𝟏 − 𝟐𝟒𝐗𝐀 𝐝𝑿𝑨
= (
𝑨
𝟏 − 𝑿𝑨
+
𝑩
𝟏 + 𝟐𝟒𝐗𝑨
= 𝐝𝑿𝑨
𝟑𝟑 − 𝟐𝟒𝑿𝑨 = 𝑨 𝟏 + 𝟐𝟒𝑿𝑨 + 𝑩 𝟏 − 𝑿𝑨
𝟑𝟑 − 𝟐𝟒𝑿𝑨 = 𝑨 + 𝑩 + 𝑿𝑨 𝟐𝟒𝑨 − 𝑩
A+B=33
24A-B=-24
A=0.36 B=32.64
𝒎 =
𝟎
𝟎.𝟗𝟖
𝟎. 𝟑𝟔
𝟏 − 𝑿𝑨
+
𝟑𝟐. 𝟔𝟒
𝟏 + 𝟐𝟒𝐗𝑨
𝐝𝑿𝑨

5. m = 5.769
5.769=1.627083t
t=3.53946ks
t = 0.9831h
El tiempo de residencia es 0.9831h
B) TCICLO = TRESIDENCIA + TCARGA
TCICLO = 3539.46+30*60 = 5639.16seg
WCARGA =
𝟐𝟎𝟎𝟎𝑲𝒈𝑨/𝒅𝒊𝒂
𝟎.𝟗𝟖𝑲𝒈𝑨/𝑲𝒈𝑷
∗
𝟓𝟖𝟑𝟗.𝟏𝟔𝒔
𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎𝒔/𝒅𝒊𝒂
WCARGA = 126.11394kg
WCARGA = VR*CAO
126.11394kg=VR *24
𝒌𝒈
𝒎𝟑
𝑽𝑹=5.255𝒎𝟑