Asociacion De Reactores

EXPERIMENTACIÓN EN INGENIERÍA QUÍMICA IV

ASOCIACIÓN DE UN REACTOR CONTINUO DE TANQUE AGITADO Y DOS REACTORES TUBULARES

Antoni Forner Cuenca
Alejandro López Pérez
Sergio Moreno Serrano

1. OBJETIVOS

El objetivo de la práctica es la caracterización de un sistema formado por la asociación en serie de un reactor continuo de tanque agitado (RCTA), un reactor continuo tubular sinrelleno (RT) y un reactor continuo tubular con relleno (RTR), en la que se puede modificar el orden en el que se disponen los reactores. La caracterización se determina mediante la función de distribución de tiempos de residencia y su aplicación posterior para calcular la conversión en el sistema cuando se produzca una reacción de primer orden entre el hidróxido sódico y violeta de cristal.

2.INTRODUCCIÓN

2.1. Función de distribución de tiempos de residencia.

Un modelo de distribución de tiempos de residencia es un modelo matemático de orden estadístico, que tiene como finalidad, describir como ocurre el transporte de masa al interior de un reactor que trabaja en forma continua.
La distribución de tiempos de residencia se deduce experimentalmente mediante la adición de untrazador, junto a la alimentación del reactor. Un trazador es una pequeña porción de una sustancia que se comporta en forma similar al material de alimentación y que posee una propiedad que lo distingue de él y que permite su detección a la salida del reactor.
Mediante esta propiedad del trazador se puede realizar un “test de respuesta”

El fluido en el recipiente está formado por elementos quetienen edades diferentes y por lo tanto habrá dentro de él una distribución de edades. La función de distribución, E(t), es la medida de la distribución de edades de todos los elementos de fluido en la salida del recipiente, referidas al tiempo o momento de entrada al mismo. Por tanto, E(t)dt es la fracción de fluido dentro del reactor con edades comprendidas entre t y t+dt.
Dado que la suma de todasestas fracciones de fluido debe ser igual al 100%, ya que es el contenido total del recipiente, se debe cumplir:

Ecuación [ 1 ]
Admitiendo que el movimiento del trazador es similar al movimiento del fluido a través del sistema:

Ecuación [ 2 ]
Qv = Caudal volumétrico (m3/s)
N = Cantidad total de trazador introducida (g totales)
C(t) = Concentración de trazador al tiempo t después dela introducción de la señal (g trazador/m3)

Integrando para obtener la suma de las fracciones de trazador entre cero e infinito, se obtiene la cantidad total de trazador inyectado:

Ecuación [ 3 ]
Considerando el caudal volumétrico Qv constante:

Ecuación [ 4 ]
El tiempo medio de residencia se puede calcular mediante alguna de las siguientes expresiones:

Ecuación [ 5 ]

2.2.Modelos para el cálculo de la función de distribución de tiempos de residencia, E(t), para un reactor continuo de tanque agitado (RCTA) y un reactor tubular (RT).

En un reactor tubular ideal, no existe ninguna mezcla entre el fluido de los distintos puntos del reactor, ya que el movimiento a través del mismo es como pistón de tal forma que todas las moléculas que abandonan el reactor hanpermanecido el mismo tiempo en su interior. En dichas condiciones la función de distribución es una flecha de altura infinita y anchura cero, cuya área es igual a uno y representado en el tiempo .

Gráfico [ 1 ]
Matemáticamente este comportamiento viene representado por la función de Dirac:

Ecuación [ 6 ]
En el caso de un RCTA ideal, se considerará que existe una mezcla perfecta y, por tanto,la concentración de cualquier sustancia en la corriente de salida es idéntica a la concentración en el interior del reactor. Para este tipo de reactor se cumple que:

Ecuación [ 7 ]

Gráfico [ 2 ]

2.3. Modelos para flujo no ideal
* RCTA real modelizado por asociación RCTA/RT en serie
En el caso de un RCTA pueden existir zonas, en las proximidades del agitador, con un alto grado de...