Reactores Ideales

8/17/2019 Reactores Ideales

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Reactores ideales

Cinética


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Reactores ideales

Un reactor químico es el dispositivo donde se lleva a cabo una reacción químicimportancia consta en que el diseño de estos reactores debe ser independienque se esté tratando reacción química! y la ma"nitud del volumen del #uido$ podemos di&erenciar en sistemas 'etero"éneos 2 o m(s &ases! y 'omo"éneos

)ebido a que el reactor solo es un recipiente que contiene las sustancias reac

tema de interés es respecto a las velocidades de reacción de los reactantes*e+perimentalmente las condiciones m(s sencillas para interpretar datos es ensistema isotérmico con volumen constante$ uando estas no son las condicion'acemos uso de di&erentes técnicas$


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Reactores ideales

)ado que nos re&erimos a sistemas 'omo"éneos solo 'abr( una &ase, ya sealiquida, "aseosa o sólida$ %ara conocer la velocidad de reacción ser( necesarioconocer la variación de los moles en el reactor como en la reacción.

uanto se trata de un sistema que tiene un volumen constante y en "ases ideaconocer la velocidad de reacción del componente i es.

olumen constante

ases ideales


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l ciclo de operación del reactor consta de 5 pasos$

1$ 3e alimenta el reactor

2$ 3e preparan las condiciones deseadas -$3e mantiene en a"itación durante un tiempo m(+imo de al"unos días para qu

complete la reacción

4$ 3e preparan las condiciones para descar"ar el producto

5$ 3e limpia el reactor para la si"uiente car"a$

Reactor discontinuo


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Materia acumulada = Materia entrante – Materia de salida +/- mreaccionante.

a e+presión anterior nos muestra la importancia de lo que ocurre dentro i"norando entrada y salida ya que no 'ay #uos durante la operación$

Reactor discontinuo


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Reactor de mezcla completa

Reactor de fujo en pistón

Reactores continuos


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n este tipo de reactor al ser estacionario cuenta con la propiedad en que la cde la me7cla en todo momento y punto del reactor es la misma, se trata de ucon a"itación completa y #uo continuo, por eso el contenido del reactor y el dsalida ser( de la misma composición$ %or el 'ec'o de que la composición es i"lados todos los elementos del #uido tienen la misma probabilidad de abandonen cualquier momento$ 8bservando bien este reactor podemos apreciar que reactor discontinuo con una li"era di&erencia, su #uo de entrada y salida es p



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ste tipo de reactor se caracteri7a por tener una &acilidad en trans&erencia de a"itación ideal

cuación "eneral del tiempo necesario para que se alcance :; isoterma o no i

t< =;0

t< ;0 < ;0 densidad constante

t< =;0 < ;0 variación de volumen en gases


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iempo espacial ! velocidad espacial" medidas adecuadas para el reactores


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as condiciones con las que se relacionara el tiempo y velocidad espacial las condiciones ele"idas la corriente que entra al reactor, la relación entrotras variables es.


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a relación entre el tiempo espacial y la velocidad espacial en condicionesde re&erenciamarcadas con apostro&e! es.

ual sea el caso de reactor estacionario o no estacionario ser( necesario el u

método inte"ral o di&erencial donde se toma una ecuación cinética y de estalas coordenadas adecuadas para &ormar una línea recta y así conocer las veloiniciales$


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Bétodo inte"ral. ste método como se mencionó anteriormente se requieselección de una ecuación cinética por eemplo.

1$

)escomponiendo la 2da de pre&encia por cuestión de simplicidad en"raCcamos vs t y el valor de la pendiente ser( i"ual a DEF$ Ga con el valor

pendiente se trabaa con los valores e+perimentales para compararlos conresulta en una línea recta lo 'abremos conse"uido de lo contrario probar ecuación y si se trata de una reacción mas complicado ser( necesario el mdi&erencial


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ste reactor se caracteri7a por ser mas el mas estable, cuenta con una &ode #uo continuo donde no se me7cla el reactante$ os tiempos de estancireactantes en el reactor son i"uales por lo que idealmente no presentan uen la practica e+istir( una li"era variación estimada al diseñar el reactor r

)ebido a que se trata de un #uo continuo la acumulación es i"ual a 0


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Hluo molar

Hluo molar

sustituyendo se obtiene

inte"rando esta e+presión$

o bien


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Método di$erencial

n este caso se selecciona una ecuación como en el caso anterior pero, aqureali7a la inte"ración, se trabaa con la e+presión

uando se tiene la 2da ecuación se "raCcan los datos e+perimentales de contiempo, se determina la pendiente a di&erentes concentraciones$3e"uido se austa una 2da "raCca con los valores de pendiente y la &!$


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omo en el caso anterior, si obtenemos una línea recta estos datos ser(n @tiles buena interpretación de lo contrario se buscara una ecuación distinta$

)ado que resulta laborioso este proceso e+iste una &orma para evitar ensayar untras otra, esta es se lo"ra con un an(lisis parcial de la ecuación$ s decir que si treacción como la si"uiente.


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3eparamos la e+presión completa de la reacción, y se reali7an e+periencias e

a distintas composiciones de alimentación y se e+trapolan 'asta las condicio

s muc'o m(s sencillo trabaar con solo la ecuación en ne"ritas debido a queconsideramos D;F y el momento en el que la &ormación de los productos es d

;dem(s se puede utili7ar el método de mínimos cuadrados cuando la ecuació


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&sos

Reactor discontinuo

%roductos a pequeña escala%roducción &armacéutica

%rocesos complicados de productos costosos

%rocesos de &ermentación

'entajas"

levada conversión por unidad de volumen en cada etapaHle+ibilidad en la operación, se puede obtener un producto en determinado tdespués otros$

Buy &(cil de limpiar

(esventajas.

l proceso es costoso

a calidad del producto tiene a variar en comparación a un reactor continuo


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&sos

Reactor de mezcla completa"

3e utili7a para reacciones li"eramente endotérmicas o e+otérmicas$

n #uidos líquidos

%ara procesos continuos$

'entajas.

Hacilita la automati7ación de la calidad del producto3e manea una sola temperatura en el reactor

s de costo in&erior a procesos discontinuos

(esventajas

;l inicio resulta costoso

3i los tiempos de residencia son altos también se requerir( un tamaño "rande

3on menos eCcientes que un reactor de #uo en pistón


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&sos

Reactor de fujo en pistón"

%ara el uso de reactivos que son "ases o vapores

Ieacciones endotérmica y e+otérmica

%ara producciones industriales

'entajas"

3u costo es de los mas baos

8peración continua

3e &acilita el control autom(tico de la producción$

s mas eCciente que el reactor de me7cla completa

(esventajas"

?iene un costo elevado inicialmente

=o es recomendable el uso en reacciones de tiempos elevados de residencia

l tiempo de residencia permanece Co con determinado #uo de alimentación cont


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Conclusión

%odemos resumir que cuando tenemos reacciones 'omo"éneas se"@n lasque estén presentes ser(n las que deCnir(n el reactor m(s adecuado, estodeterminado por costos, tiempos, reacción endotérmica o e+otérmica, tiemresidencia, y la calidad esperada del producto, si es un proceso a pequeñindustrial$

l tipo de reactor que presenta costos mas baos y meor estabilidad es el#uo en pistón, aunque si"ue siendo de un costo elevado y sus tiempos dson in&eriores a los que se manean en un reactor discontinuo


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)i*liogra$a

8ctave evenspiel* Jn"enieria de las reacciones químicas, ditorial Ievert

$ Kor7acconi* inetica e in"eniería de las reacciones

'ttp.//depa$&quim$unam$m+/amyd/arc'ivero/JntroIeactoresL10564$pd&

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