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Procesos Biotecnológicos II 2014

Reactores Químicos
Clase 4
Teóricos Prof. G. Picó

1

¿ qué es un reactor químico?
Un recipiente donde ocurre una transformación química bajo condiciones
reguladas

reactor

2

1

Funciones principales de un reactor químico
1) Manejo adecuado de las variables del proceso (p, V, T,
catalizadores, pH, etc)
2) Mejorar el proceso de mezcla entrelos componentes
3) Hacer que el tiempo de contacto entre reactivos sea el adecuado

LOGRAR UN BUEN RENDIMIENTO DEL PRODUCTO
3

Permite el manejo de las variables de estado
T, p, pH, [ ], pO2, etc
Determina la relación entre las variables de
estado

ECUACIONES DE ESTADO
Leyes generales
Conservación de materia
Conservación energía
Conservación de movimiento
Ecuación MATEMATICA
TOMADE DECISIONES
Dimensiones del equipo

4

Necesidades del proceso: calefacción, refrigeración, presión

2

ANALISIS DE COSTOS

VIABILIDAD
5

Clasificación de los reactores
Forma de mezcla de los reactivos: reactores ideales
Reactores reales
Número de fases: homogéneo
heterogéneo
Tipo de operación (carga y descarga de reactivos y
productos):
Discontinuos
Continuos
Segúnentrada y salida de la energía: isotérmicos,
adiabáticos

6

3

Tipo de Reactor
Dimensionado del reactor:
Volumen total
Altura del tanque (H/D)
Consumo de energía de agitacion

ESCALADO DEL RECTOR
Se sigue los mismos caminos que para escalar un
agitador
P/V cte, Re cte, Na cte
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Las ecuaciones provienen de
Balance de materia
Balance de energia
Balance de energía mecánica(agitación)
Ecuaciones de estado fisicas
Ecuaciones químicas (estequiométricas)

8

4

Velocidad de reacción
• La velocidad de reacción es la velocidad mediante una especie es
transformada por unidad de volumen.
• La velocidad de reacción (mol/L s) puede se expresada mediante:
– La velocidad de desaparición de un reactivo: -rA
O como
– La velocidad de formación de un producto: rP

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CLASIFICACION DE LOS REACTORES
Según el tipo de flujo interno:
Reactores ideales: suelen ser descritos con ecuaciones ideales sencillas y no
consideran efectos físicos más complejos o perturbaciones pequeñas.
Parte del supuesto que la mezcla de todos los
componentes dentro del reactor es perfecta.

V, CA

Reactores no ideales: consideran el patrón de flujo, la existencia de zonasmuertas dentro del reactor donde el material no circula, además consideran una
dinámica de fluidos más compleja
Según las fases que albergan:
Reactores homogéneos: tienen una única fase, líquida o gas.
Reactores heterogéneos: tienen varias fases, gas-sólido, líquido-sólido, gaslíquido, gas-líquido-sólido.

10

5

Reactores ideales
REACTOR IDEAL
1. Los reactantes son mezclados a laentrada del reactor, el tiempo de
mezcla es cero.
2. No se forman agregados moleculares.
3. Se sigue un modelo de flujo ideal.

Las condiciones para alcanzar el mezclado cercano al ideal son:
la relación HT - DT (relación altura del tanque vs diámetro del tanque).
V, CA

- la viscosidad del medio
V, CA

- velocidad de agitación
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Los reactores ideales
La clasificacion se basa en comovaria la velocidad de reacción

ó n

1- Reactor discontinuo, o en lote o batch

Velocidad de reacci

V, CA

Vaciado y
descarga

tiempo

12

6

Reactores continuos: estan en estado estacionario

ó n

Reactor continuo
Fo CoA

F1 CA

Velocidad de reacci

V, CA

tiempo

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Balance de masas
System
Volume, V

Fj0

14

Gj

Fj

Molar Flow Molar Flow Molar Rate  Molar Rate 
 Rate of
 −  Rate of
 + Generation  =  Accumulation

 
 
 

Species j in  Species j out of Species j  of Species j 
dN j
Fj 0
−
Fj
+
Gj
=
dt
 mole 
 mole 
 mole 
 mole 
−
+





 =


 time 
 time 
 time 
 time  14

7

Balance de Masas
System
Volume, V

FA0

FA

GA...