clase 1
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medio físico la reacción condiciones apropiadas productos sea rentable,
condiciones controladas.
Según el modo de operación
Según el número de fases
Monofásico
Multifásico Bifásico Trifásico
Según el perfil de Temperatura
Isotérmico
Adiabático
No isotérmico
Discontinuos Continuos Semicontinuos
Por carga Tubular Lecho fluidizado Slurry
Lecho empacado
Flujo de entrada
Flujo de salida
Combinaciones
Tanque agitado
Es el donde se lleva a cabo asociada a un proceso a para que la generación de
estas son conocidas y pueden ser perfectamente .
Son casos muy particulares de los reactores por carga (RPC), tubulares (RFP) y de tanque agitado (RMC).
Desarrollar balances de materia sencillos y aplicables para dimensionamiento
Se pueden hacer sistemas de reactores ideales que permitan describir el comportamiento de un reactor no ideal
es como una especie de proceso de contabilidad de las especies químicas que entran y salen del sistema.
Entrada Salida Transformación Acumulación
Balance global Balance en cada una de las especies químicas
Entrada Salida Transformación Acumulación
Condiciones de idealidad
Esquema o representación gráfica
Balance en moles: definición de la ecuación de diseño
Solución gráfica
Operación y tiempo de residencia
Condiciones de idealidad: Mezclado perfecto
La concentración del reactivo cambia con el tiempo no con la posición en el reactor
CA
t
Entrada Salida Transformación Acumulación
Balance en A: Aa + Bb cC + dD
0 0 V(-υA) dt
dN A
dt
dNV A
A )( Parámetro de diseño:
Tiempo )( A
A
V
dNdt
)( A
A
V
dNdt
V: Volumen de reacción
V= ctte V≠ ctte
Fase líquida
Fase gas ΔN=0
No hay cambio en el número de moles
)(
)(
A
A
V
VCddt
A
A
C
C A
AdCt
0)(
A
A
X
X A
AA
dXCt
0)(
0
VCN AA
)1(0 AAA XCC
AAA dXCdC 0
Fase gas ΔN ≠ 0
Si ΔN < 0
Disminución en el número de moles
3A B
Si ΔN > 0
Aumento en el número de moles
A 3B
P
NRTV
)1(0 AAA XNN )0 AAA dXNdN
)1(0 AAXVV
A
A
X
X AAA
AA
X
dXCt
0
))(1(0
Confinado Varia P
A P y T ctte
A
Ao
r
C
X
Área bajo la curva
Volumen constante
))(1( AA
Ao
rX
C
X 1
AX
AA
AAo
rX
dXCt
0))(1(
XA
Área bajo la curva Volumen variable
Graficas: Operación:
Carga Acondicionamiento de los reactivos Reacción Acondicionamiento de los productos Descarga Limpieza
t de reacción=t de residencia
t muerto=t carga + t acondicionamiento + t acondicionamiento + t descarga + t limpieza
t total =t muerto + t reacción
Condiciones de idealidad: Edo. Estacionario Régimen de flujo tipo flujo en pistón No hay gradientes radiales de concentración
La concentración del reactivo no cambia con el tiempo solo cambia con la posición en el reactor
CA
t
dV
Entrada Salida Transformación Acumulación
Balance de A en el dV: Aa + Bb cC + dD dV
FA entrada F A salida dV(-υA) 0
F A entrada F A salida
)1(0 AAAentrada XFF )(1(0 AAAAsalida dXXFF
dVdXXFXF AAAAAA )()(1()1( 00 dVdXF AAA )(0
A
A
X
X A
AA
V
V
dXC
dV
00)(
0
0
A
A
X
X A
AA
dXC
V
0)(
0
0
RFP
A
Ao
r
C
X
AX
A
AAo
r
dXC
0)(
XA
Graficas:
τ = t de residencia si ΔN = 0
τ > t de residencia si ΔN > 0
τ < t de residencia si ΔN < 0
Condiciones de idealidad: Mezclado perfecto Edo. estacionario
CA
t
La concentración del reactivo no cambia con el tiempo ni con la posición en el reactor
),()( AA CTf
ctteA )(
Entrada Salida Transformación Acumulación
Balance de A : Aa + Bb cC + dD
FA 0 F A salida V(-υA) 0
fAAfAA VXFF )()1(00
fA
AfA XCV
)(
)(0
0
Zonas Muertas:
Presentan conversión cero y no existe intercambio de material de reacción con el sistema, se encuentra en extremos del reactor o en cercanías del sistema de mezclado.
Bypass:
Se constituye por el paso inmediato del reactivo hacia la salida del reactor, por lo que no ocurre, o casi no ocurre reacción.
Distribución de tiempo de residencia
y = e-1x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5
tiempo adimensional
E
Tiempo de residencia
Estudios cinéticos Procesos que requieran versatilidad Producción limitada
Producción masiva Alta eficiencia en procesos con comportamiento de orden positivo
Producción masiva Alta eficiencia en procesos con comportamiento de orden negativo
Tipo de Reacción
Escala de Producción
Costo de los equipos y su funcionamiento
Seguridad, estabilidad y flexibilidad de la operación
Vida útil
Tiempo supuesto de la fabricación del producto
Experiencia Criterio técnico Conocimiento profundo de las características de los distintos sistemas de reactores
Buena elección
Continuos vs. Discontinuos
RPC vs. RFP
Tienen la misma ecuación de diseño.
“Dos reactores son equivalentes cuando tienen la misma productividad”.
Si VRFP= VRPC Entonces
RM
B
tt
Nod
Pr
R
RFPAo
RFPt
xVCP
RM
RPCAo
RPCtt
xVCP
1
R
RM
RPC
RFP
t
tt
P
PRPCRFP PP
• Sistema de RMC en serie de igual tamaño
Un sistema en serie de m RMC de igual tamaño, es equivalente a un RFP de m veces el tamaño de uno de los RMC, para tener una misma conversión.
Demostrar que si m → ∞
sistemaRMC = RFP
• Sistema de RMC en serie de distintos tamaños
Es menos eficiente que el sistema anterior.
El arreglo de tamaños depende del orden de la reacción.
Si n < 1 mayor tamaño primero
Si n > 1 menor tamaño primero
Si n = 1 se prefieren de igual tamaños.
Por qué?
Tarea