Reactor De Flujo Continuo Perfectamente Mezclado

REACTOR DE FLUJO CONTINUO PERFECTAMENTE MEZCLADO ("CSTR")



I. OBJETIVOS:


Identificar lo que es un RFCPM o "CSTR" y sus aplicaciones
Hacer uso de la cinética obtenida anteriormente y ver su aplicación en este tipo de reactores.
Entender los modelos matemáticos utilizados para describir el comportamiento del CSTR en régimen permanente y no permanente.Usar el modelo teórico y comparar los resultados con los obtenidos en el laboratorio.
Identificar las ventajas de utilizar un sistema de reactores en serie.


II. TEORÍA:


El reactor CSTR (Continuos Stirred Tank Reactor) también se conoce como reactor de flujo continuo perfectamente mezclado (RFCPM) o reactor de mezcla completa. Se caracteriza por tener una alimentación yuna salida de producto continuos. Se asume que sus contenidos están completamente mezclados todo el tiempo, de manera que la composición en su interior es exactamente igual a la composición de la salida. Por lo tanto, una vez que el material entra al reactor, se asume que se convierte inmediatamente a la composición de salida. Por lo que:


[pic] (4.1)


Simplificando[pic] (4.2)


Rearreglando
[pic] (4.3)




Por otra parte
[pic] (4.4)


Por lo tanto, para X0=0,
[pic] (4.5)


Si X0=XAo y Xf=XAf
[pic] (4.6)


Determinación del tiempo de llenado teórico.


Haciendo un balance de masa sobre el reactor, lo que entra menos lo que sale más lo que se produce es igual alo que se acumula:


[pic] (4.7)
1


como Fi = 0, ya que el sistema está en proceso de llenado y nada sale
[pic] (4.8)
2


integrando y resolviendo para NA


[pic] (4.9)
3


Esta ecuación nos indica el número de moles que habrá de A en un momento determinado (tiempo = t). Existen varias formas de considerar y analizar estaecuación. La más sencilla es considerando el análisis global, es decir considerar en todos los casos el análisis desde el principio cuando t0 = 0. En dicho momento el valor de NAo es cero ya que el tanque está vacío. Simplificando la ecuación obtenemos:




[pic] (4.10)
4
La conversión durante el llenado se expresa:
[pic] (4.11)
y se utilizan los valores de NAobtenidos a un tiempo t.


Determinación del tiempo de estabilización experimental.


Una vez que se ha llenado el reactor, ya hay flujos de entrada y salida. Realizando nuevamente balance de masa
[pic] (4.12)
o bien,
5
[pic] (4.13)
6


integrando y resolviendo para NA


[pic] (4.14)
7
En esta situación, el valor de NAo es elúltimo valor obtenido en el periodo de llenado (justo antes del desborde), el tiempo t0 es el tiempo en el cual se hizo dicha medición, es decir teóricamente el momento en el cual el reactor desbordó. V es el volumen del reactor al desborde (no en el límite sino un poco más, es decir considerando un volumen para que haya desborde).


La conversión durante la estabilización se expresa:[pic] (4.15)
8
El valor de CA se obtiene a partir de los valores de NA de la ecuación anterior.


Método gráfico.


La relación entre la conversión y la velocidad de flujo en un reactor de flujo continuo perfectamente mezclado (también llamado reactor agitado de flujo continuo o reactor continuo tipo tanque) a densidad constante se expresa:
[pic] (4.16)9
donde:
τ = tiempo promedio de residencia
C = concentración en la corriente de salida
Co = concentración inicial
r = velocidad de reacción
V = volumen del reactor
υ = gasto o flujo volumétrico (también expresado como Q)


En algunos casos se utilizan reactores CSTR en serie, donde la corriente de salida del primer reactor sirve de alimentación al...