Esercitazione di Fondamenti di bioingegneria chimica

PROBLEMA 2

La reazione è:

A → B

Con una conversione del 99% richiesta. Viene chiesto di calcolare

il volume necessario del reattore (sia CSTR che PFR) e il tempo di

reazione per un reattore BATCH

1. Determinare la concentrazione iniziale di A:

- La portata volumetrica è E- 10dm³/h

- La portata molare di A è Fao = 5 mollh

- Quindi, la concentrazione iniziale di A in ingresso, Cao, è:

Cao. Fa = 5 mal/h

✓ sodmy, = 0.5 mal/dm'

2. Calcolare il volume per CSTR e PFR

- Per conversione X = 0.99 , la concentrazione di A all'uscita

sarà [A = Cao-(1- ✗ 1=0,5/1-0,99/= 0,5-0,01=0,005 mal

dm³

- Usare le cinetiche per i casi dati:

• (a)-ra =L

• (b) -ra-KCA

• (c)-ra =L Ci

3. REATTORE BATCH:

- Utilizzare i valori di k e le cinetiche fornite per calcolare il tempo

di reazione tra in un bath con volume costante ✓ = 1000dm³ e

concentrazione iniziale Cao = 0,5 mal/dm³

Calcolo del volume di reazione per CSTR e PFR

1. CSTR: Per un reattore CSTR, il bilancio è:

r

V = Fao.

- FA

Dove X = 0.99 . Per ciascuna delle cinetiche

• Caso (a) - ra = K = 0,05 mal/ 4. dm³

5.. 0.99 = 99 dm³

0,05

• Caso (b)-ra =. K-Ca con 4=900015' = 0,364"

- fa = 0,36 . 0,005 = 0, 0018 mal/ h. dm³

✓ = 5 . 0,99 = 2750 dm³

0,0018

• Caso (c) -ra- K. CÀ con K = 300dm³/mal eh

- fa. = 300. (0,005J = 0,0075 mal/h. dm³

V = '5 - 0,99 _660 dm³

0,0075

2. PFR: il volume richiesto è calcolato dall'integrale:

✓ = [% -dTAa

dove: Ca-Cao -11-✗ 1=0,5. 0,01 = 0,005 mal/dm³

• Caso (a)-ra-K = 0,005 mal/h dm³

✓ = CAOICA

0,495 = 9,9dm³

✓ = 0.5%305 = 0,05

• Caso (b)-ra = K.CA con: i

K- 0,0001 5' = 0,36h''

e

→ V. 1- in/ 1.364%05).

= 1,36 . 4.605 = 12,79 dm³