guia de reactores - Ingeniería de Reacciones

Transcripción

Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada
Núcleo Zulia
Autor: Ing. Marlon Arteaga
Ingeniería de Reacciones
1. INTRODUCCION
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2. REACTORES HOMOGENEOS
REACTOR: Instalación en la que se realiza a escala industrial una reacción
química, con seguridad y economía.
 Elección del tipo de reactor: asegurar el tipo de contacto de los reactivos
en el interior del reactor, para conseguir la mezcla deseada de las fases
presentes.
 Cálculo del tamaño: garantizar el suficiente tiempo de contacto entre las
sustancias y con el catalizador en su caso, para conseguir el avance
deseado de la reacción.
 Determinación de condiciones de funcionamiento: permitir condiciones
de presión, temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar
de acuerdo a la termodinámica y cinética de la reacción.
Balance de Materiales
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Balance de Energía
3. Clasificación de los Reactores más Utilizados
Dentro de la clasificación de los reactores ideales de una sola reacción tenemos
los de flujo en estado no estacionario, es decir que la composición de reactor va
variando a lo largo del tiempo, entre estos tenemos el reactor intermitente o
también llamado por carga; y entre los de flujo estacionario tenemos el reacto
Flujo Pistón, el cual es un reactor continuo de flujo uniforme, el cual tiene un
modelo de flujo de flujo pistón y se caracteriza porque el flujo del fluido a través del
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reactor es regular, es decir, ningún elemento del mismo sobrepasa o se mezcla
con cualquier otro elemento situado antes o después de aquel. De hecho, en este
reactor puede haber mezcla lateral del fluido, pero nunca puede existir mezcla o
difusión a lo largo de la trayectoria de flujo. La condición necesaria y suficiente
para que exista flujo pistón es que el tiempo de residencia de todos los elementos
del fluido sea el mismo.
El otro tipo de reactor ideal de flujo en estado estacionario se denomina reactor
de tanque agitado o reactor de flujo mezclado, como su nombre lo indica, es el
reactor cuyo contenido está perfectamente agitado y su composición es la misma
en todos los puntos del mismo. Así la corriente de salida de este reactor tiene la
misma composición que la del fluido contenido dentro del reactor. A este tipo de
flujo se le denomina Flujo Mezclado.
Reactor Discontinuo
-
Reactor Intermitente:
•Es una operación no estacionaria en la que la composición va variando con el
tiempo.
•Es un reactor que maneja como variable fundamental el tiempo de reacción
•La composición es uniforme en todos los puntos del reactor en cualquier
instante
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Hacer un balance de materia referido a cualquier componente A. Para ello,
generalmente se selecciona el componente limitante o clave. Puesto que en un
reactor intermitente la composición es uniforme en cualquier instante, se podría
efectuar el balance referido a todo el reactor. Teniendo en cuenta que durante la
reacción no sale ni entra fluido al sistema, la ecuación general de balance de
materiales, que fue escrita para el componente A, se transforma en:
Teniendo que:
Sustituyendo tenemos que:
Si la densidad del fluido permanece constante:
Si la densidad del fluido permanece variable:
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Espacio Tiempo y Espacio Velocidad
Del mismo modo que el tiempo
de reacción es la medida natural del
funcionamiento de un reactor intermitente, el espacio-tiempo y el espaciovelocidad son las medidas apropiadas para medir el funcionamiento de los
reactores de flujo continuo. Estos términos se definen del modo siguiente:
Espacio – Tiempo
Espacio - Velocidad
Teniendo también:
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Reactor Continuo
-
Reactor Flujo Pistón:
Técnicamente es un tubo en el cual transcurre la reacción a medida que los
reaccionantes pasan a través de él, se considera como un flujo tampón o Pistón ya
que los elementos reaccionantes se desplazan en el reactor sin adelantamientos
ni retrocesos, es decir estos se desplazan como en filas. El Flujo se maneja a una
velocidad tal que no exista retro mezclado entre los componentes.
La composición en el reactor varia a lo largo de este, así como el grado de
avance de la reacción o conversión de los reactivos, por lo que el grado de
conversión va directamente ligado al tamaño del reactor, sea que este se
considere en longitud si se posee un diámetro fijo o en diámetro del reactor si la
longitud es fija.
Debido a que la composición no es uniforme en el reactor este se debe analizar
de forma diferencial mediante un elemento de volumen.
Sustituyendo tenemos que:
Sabiendo que:
Entonces:
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Para sistemas de densidad constante tenemos:
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-
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Reactor de Tanque Agitado:
Un reactor continuo de mezcla perfecta (CSTR) es un recipiente con un sistema
de agitación eficiente que permite que las condiciones en todos los puntos del
reactor sean los mismos en cada instante. Como todo sistema continuo trabaja en
régimen estacionario existiendo una corriente de entrada (alimentación) y otra de
salida (desagüe), siendo las condiciones invariantes con el tiempo.
Están indicados para sistemas de reacción con velocidades de reacción medias
y bajas temperaturas, permitiendo un buen control de la temperatura del sistema
siendo sencillos de construcción y de bajos costes de operación, alcanzándose
bajas conversiones por unidad de volumen.
Sabiendo que:
Resulta:
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Ejercicios 1er Parcial
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