Republica Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior

Transcripción

1 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

2 1 1. INTRODUCCION

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8 7 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

9 8 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

10 9 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

11 10 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:

12 11 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:

13 12 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.

14 13 Sustituyendo tenemos que: Sabiendo que: Entonces:

15 14 Para sistemas de densidad constante tenemos:

16 15 - 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.

17 16 Sabiendo que: Resulta:

18 17 Ejercicios 1er Parcial

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