Reactor químico de flujo pistón

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  • Publicado : 16 de enero de 2010
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Introducción
El objetivo esta práctica es la caracterización de un reactor químico de flujo pistón (PFR). Además, también es necesario determinar la distribución de tiempos de residencia (RTD) del reactor y realizar la reacción de saponificación del acetato de etilo.

Un reactor químico es básicamente un recipiente abierto o cerrado, en el cual se llevan a cabo una o varias reacciones. Encuanto a la forma de un reactor, existen infinidad de tipos. Normalmente, el diseño de un reactor viene dado en función de la tarea que debe realizar y por tanto su forma se adaptará casi siempre a una situación en particular.

Basándose en los tipos más importantes y más utilizados en la industria química, los reactores pueden clasificarse de la siguiente manera:
1. Reactores discontinuos:Este tipo de reactores trabaja por lotes, es decir, se introducen en él los reactivos y se dejan reaccionar durante un tiempo determinado hasta alcanzar el rendimiento deseado. Dentro de este grupo de reactores, existen dos subgrupos:
a. Reactores batch: Aquellos en los que la alimentación es totalmente por lotes.
b. Reactores semi-batch: Aquellos en los que la alimentación se hacetanto en continuo como en discontinuo. Por ejemplo, la extracción en continuo de CO2 sobre una mezcla fermentando.
2. Reactores continuos:
En este tipo de reactores, se realiza la reacción química alimentando constantemente reactivos y retirando los productos ininterrumpidamente. Se incluyen en este grupo los reactores de flujo pistón (PFR), reactores continuos de tanque agitado (CSTR),etcétera.

Un reactor de flujo pistón o reactor tubular, es básicamente un tubo de pequeño diámetro y gran longitud en cual se lleva a cabo una reacción de forma continua. La reacción se lleva a cabo en estado estacionario a excepción de la puesta en marcha y la parada. Este tipo de reactor se emplea habitualmente en reacciones de fase gas. Su flujo se caracteriza por:
- Tener completa mezclaradial, es decir, que las propiedades no varían en cualquier sección perpendicular del tubo y se mantienen constantes a lo largo del tiempo.
- Inexistente mezcla axial, es decir, que las propiedades cambian continuamente en la dirección del flujo. Cada fracción de fluido se puede considerar por separado y no existe transferencia de masa entre ellas.
- Avanzar como un pistón. El flujo através del reactor avanza como si de un pistón se tratase debido al fluido que impulsan las bombas constantemente en el interior del tubo. A la entrada el fluido se comprime y a la salida, se descomprime.
La ecuación de diseño de un reactor de flujo pistón es algo compleja debido a la variación de las concentraciones de los reactivos en la dirección del flujo. Esta variación provoca que la velocidadde reacción se vea afectada. La ecuación es la siguiente:
[pic] [Ec. 1]

La velocidad de reacción dependerá también de la temperatura a la que se lleve a cabo la reacción, y por tanto, se supondrá que el reactor trabaja de forma isoterma. De esta manera, la velocidad de reacción dependerá únicamente de las concentraciones de los reactivos. La reacción que se lleva a cabo es la saponificacióndel acetato de etilo, reacción que sigue una cinética de segundo orden y que es la siguiente:

[pic] [Reacción 1]
[pic] [Ec. 2]

Integrando la ecuación de diseño del reactor PFR, se obtiene la siguiente expresión que permite el cálculo del grado de conversión de manera teórica. La forma de calcularlo experimentalmente se encuentra justo al lado. Mediante estas dos ecuaciones, se tiene laposibilidad de comparar en que grado se ajustan las predicciones teóricas a los resultados hallados en la práctica.

[pic] [Ec. 3] [pic] [Ec. 4]

Una de las principales ventajas del reactor PFR frente al CSTR es el elevado grado de conversión que puede obtenerse. En el PFR, la diferencia de conductividades, que actúa como fuerza impulsora, es muy grande al principio y a lo largo de la...
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