modelo de dispersion

Ingeniería de las Reacciones
Unidad 4: Reactores no ideales
D E S V I AC I O N E S
I D E AL E S .
FUNCIONES
DE
RE S I DE NCIA.

DE

LOS

MODELOS

DISTRIBUCIÓN

DE

DE

FLUJOS

TIEMPOS

S E Ñ AL E N E S C AL Ó N , E N P U L S O .
M O D E L O S D E F L U J O S N O I D E AL E S :
•M O D E L O D E D I S P E R S I Ó N AX I AL .
•M O D E L O D E S E G R E G AC I Ó N T O TAL .•M O D E L O D E TAN Q U E S AG I TAD O S E N S E R I E .
•M O D E L O C O M B I N AD O D E C H O L E T T E Y C L O U T I E R

DE

Flujo no ideal
Factores que afectan al comportamiento ideal de los
reactores:
 Distribución de tiempos de residencia (RTD)
 Estado de agregación del material
 Mezclado inmediato o tardío del material en el reactor

Tipos de flujo no ideal que podríanpresentarse en diversos equipos de procesos
Cortocircuito

Regiones
estancadas
Lecho
empacado
Canalización, problema
importante en particular en
operaciones con dos fases
en cortacorriente

Caso extremo de
cortocircuitos

Factores que configuran el patrón de flujo
Dos estados de agregación de las moléculas de un fluido

Gases y líquidos
ordinarios no muy
viscososMicrofluido

Las moléculas individuales se
mueven libremente y se mezclan

Gotas dispersas no coalescentes.
Partículas sólidas.
Líquidos muy viscosos

Macrofluido

Las moléculas se
mantienen agrupadas en
agregados o paquetes

Factores que configuran el patrón de flujo
Mezclado inmediato o tardío del material en el reactor

Bien mezclados a la entrada , por lo
que A y B tienen muchotiempo para
la reacción

Flujos separados
paralelos de A y B, por
lo que no reaccionan

La mezcla ocurre únicamente
a la salida, por lo que no hay
tiempo para la reacción

Introducción al concepto de edades de fluido
Edad: tiempo transcurrido desde que un elemento entra en el sistema hasta el instante
considerado
Imaginamos que pudiéramos determinar el tiempo que ha permanecido en elreactor cada
porción del flujo de salida de un reactor

t2
t1

t3
t5

t4

t1 t2 t3

t4

t5

Tiempo

Distribución de edades del fluido
 DTR se determina experimentalmente
 Inyección de un trazador
 Sin reacción química
 Sólo se trata de interpretar el tipo de flujo dentro del

reactor a través del comportamiento de un trazador

Características del trazador

Fluidobase

 Especie no reactiva con el fluido base
 Especie fácil de detectar

 Propiedades físicas similares a las de la mezcla en reacción
 Soluble en el fluido base
 No debe absorberse en las paredes ni en otras superficies

Métodos de Inyección del trazador

Entrada en
escalón
C escalón

Entrada en
pulso

C pulso

Entrada
periódica

Entrada aleatoria

ConcentraciónConcentración

Concentración

Concentración

Métodos de Inyección del trazador

Señal en pulso

Entrada

Salida

Señal en escalón

Entrada

Salida

Señal en pulso: Concentración a la salida
El área rayada indica una
fracción del total inyectado que
permaneció dentro del reactor
un tiempo inferior a t1.
t1

Es una fracción de la alimentación
que permanece
dentro delreactor un tiempo comprendido
entre t1 y t2
t1

t2

DTR

v(t): caudal a la salida

Inyección de trazador en
pulso (sólo una cantidad
en un instante)

CT(t): Concentración del Trazador

La cantidad de trazador que sale en un tiempo
N

N

C ( t ).v . t

N0

v .C ( t )

t

t

Unidades?

N0

E(t)

DTR

E (t )

v .C ( t )
N0

dN

Si la cantidad detrazador inicial no se
conoce, se puede determinar

C ( t ).v .dt

v .C ( t )

E (t )

N0

dN

C (t )

E (t )

C ( t ). dt

C ( t ). v .dt
0

C ( t ). v .dt
0

0

Señal en pulso
E
[1/tiempo]

Área (A)

t1 t2

t [tiempo]

A=fracción del material que sale del reactor entre t1 y t2

E ( t ). dt
0

1

Señal en escalón
Concentrac ión de trazador

0
C To...