Reactores

DEFINICIONES

Reactor: Espacio físico dónde se lleva a cabo una reacción.

Tipos de Reactores:
o Discontinuos
o Intermitentes ó “Batch”
Continuos
o Tanque continuo agitado, Tubular
Semicontinuos

Aspectos de la Ingeniería en

Reactores[pic]

Costo del reactor = f (volumen)
= AVb
dónde:
A y b = constantes
V = volumen.

Para este curso setendrán reactores:

Isotérmicos No isotérmicos

[pic]Aislante (adiabático).

- Clasificación de Reactivos:

o Homogéneos [pic]

o Heterogéneos[pic]

Resolución de problemas de reactores:

1. Balance de masa (continuo, discontinuo ó semicontinuo)
2. Balance de energía (isotérmico ó no isotérmico)
3. Cinética química: -rA =f(CA, T, Cat) -rA = kCAn
4. Balance estequiométrico: aA + bB pP + sS
5. Métodos numéricos (MathLab, MathCad, etc.)

Recordando

Reactor tipo tanque agitado Reactor tipo tubular

[pic]
Sección transversal uniforme

REACTORES IDEALES

-Reactores Isotérmicos:
T=K
Sólo se toma en cuenta el balance de masa. Se basa enun componente clave; se prefiere el Reactivo Limitante.

Ejemplo en gas, líquido ó solución:
aA + bB pP + sS
H2 + Br2 2HBr
a=1 b=1 p=2
A + 2B 4P
Mezcla equimolar:

YA0=YB0=0.5
CA0= CB0= Depende del dato que se proporcione.
Relaciónestequiométrica = Rel

Rel = [pic]

Rel >1 Reactivo limitante A
Rel >D)
aA+bB pP

Características:

o No hay mezcla dentro del reactor

o Opera en régimen permanente o estado estacionario

o No hay acumulación dentro del reactor

o La concentración varia con la posición dentro del reactor

-El perfil de velocidades es planoPerfil plano Perfil Laminar

-El volumen del reactor = volumen del sistema

El balance de masa sobre un elemento de volumen del sistema de dimensiones
(v = S(x
FA(x)-FA(x +(x)-(-rA) (v = 0
FA(x +(x) - FA(x) = -(-rA) S(x
Lim (x FA(x +(x) - FA(x) = -(-rA) S
(x
dFA(x)
= -(-rA) S
dxdV = - dFA(x)
(-rA)

-rA = KCAn = KCAon (1-XA)n
La ecuación puede quedar
v FA
( dV = - ( dFA(x)
0 FAo (-rA)

Se puede suponer que FA = FAo (1-XA)
dFA = FAo dXA
XAf
V = FAo ( dXA
0 (-rA)
Resumen

*Reactor discontinuo
XA
tr = Cao ( dXA V=K
0(-rA)

*CSTR
V= FAo XAf P=K
(-rA)f

*PFR XAf
V= FAo ( dXA P=K
0. (-rA)

PROBLEMA

La reacción en fase gas A + b R se lleva a cabo a 723 K y 1 atm presión constante.
Utilizando una mezcla equimolar los reactivos y se desean producir 15 mol/hr de R y alfinal obtener un 35 % de conversión. Determine el volumen de:
a) Un CSTR
b) Un PFR
c) Un reactor discontinuo cuyos tiempos muertos son de 15 min.
La K de la temperatura de inertes es de 0.7 L/mol-s.

FR= 15 mol/h
XAf= 0.35
K= 0.7 L/ mol-s n=2 ;n=(+(
-rA = KCA(CB(

en nuestro caso -rA = KCACB
CA =CAo 1-XA
1+(AXA Para cuando la P = K

CB =CAoMBA-b/aXA
1+(AXA
CA =CAo ( 1-XA) Para cuando la V = K

CB =CAo (MBA-b/aXA)
(V
(A = YAo (V = (+)( coeficiente estequiometrico productos
a (-)( coeficiente estequiometrico reactivos

solo para los gases la CAo = (o YAo
RT

CAo =...