Diseño de reactores

Solo disponible en BuenasTareas
  • Páginas : 12 (2925 palabras )
  • Descarga(s) : 0
  • Publicado : 15 de mayo de 2011
Leer documento completo
Vista previa del texto
III. DISEÑO DE REACTORES HOMOGENEOS ISOTERMICOS

Como habíamos mencionado anteriormente, el reactor constituye la parte más importante de la planta química. Los problemas de su diseño conciernen a la definición del tipo de reactor, tamaño y sus condiciones de operación.

Dentro de las decisiones que el Ingeniero Químico debe tomar tenemos la definición de :

* tipo de reactor
*composición de la materia prima
* la escala, capacidad
* el catalizador y su regeneración
* la temperatura de operación y el dispositivo de transferencia de calor
* la presión de operación
* inertes y diluciones
* Modo de operación
* recirculación.

Para decidir lo anterior, es indispensable contar con los siguientes datos : modelo matemático para la velocidad de reaccióny su dependencia de la temperatura, composiciones, régimen de flujo. Algunos de estos, los revisamos en el capitulo anterior.

Los reactores se clasifican de diferente manera según su configuración física o su manera de operar.

a) De acuerdo a su configuración física tenemos :
* Reactores de tanque
* Reactores tubulares

b) Según el modo de operación:
* Intermitentes(batch o cerrados)
* De flujo (abiertos o continuos)

c) Fases involucradas
* Gases Reactores tubulares
* Líquidos y solidos en solución tanques

De los cuales se pueden derivar los sistemas semicontinuos (una entrada sin salidas o una salida pero sin alimentaciones).

Antes de analizar en detalle las ecuaciones de diseño para los reactores con una sola fase (homogéneos),plantearemos algunas relaciones basadas en la estequiometría de la reacción. Estas son de suma importancia ya que nos permiten expresar las concentraciones de las diferentes especies en función de una sola variable : la conversión, referida en base al recativo limitante.

III.1. Relaciones estequiométricas útiles

Para la reacción general:



Debemos tomar las siguientes consideraciones:* Se toma una especie como base (i.e. el reactivo A es conveniente)

* Dejamos con coeficiente estequiométrico 1 al reactivo base



Sistema intermitente

Por la definición de conversión () sabemos que el numero de moles del reactivo base A en un instante cualquiera, puede expresarse de la siguiente manera

(III.1).

A partir de una tabla estequiométrica seencuentran expresiones de concentración de cada compuesto en función de la conversión, com se muestra a continuación:

según la definición de concentración (III.2.)

substituyendo la definición de conversión de la ecuación (III.1.) en la ecuación (III.2.) obtenemos:

(III.3.)

De la tabla estequiométrica tenemos expresiones para las moles de cada reactivo y producto, substituidasen ecuaciones análogas a la ecuación (III.2.)

(III.4.)

(III.5.)

(III.6.)

Si tenemos volumen constante con respecto al tiempo, V = V0 , entonces las ecuaciones anteriores se simplifican de la siguiente manera :

(III.7.)

(III.8.)

(III.9.)


(III.10.)

Definiendo la siguiente relación para cada especie “i”:(III.11.)

Así, sustituyendo en las ecuaciones (III.6.) a (III.10.)

(III.12.)

(III.13.)

(III.14.)

En caso de que ocurra un cambio en volumen las ecuaciones anteriores no son válidas, entonces se hace necesario generalizar estas expresiones.

Para sistemas con cambio de volumen (gases fundamentalmente) consideremos lo siguiente:Asumiendo la reacción anterior, primero es preciso identificar el cambio de número de moles en la reacción.

De esta manera, definamos como el incremento en el número total de moles por mol de A reaccionado (reactivo base tomado inicialmente).

De la tabla estequiométrica tenemos que el cambio de moles se expresa de la siguiente forma:

(III.15.)

y el número de moles...
tracking img