Reactores

13. REACTOR CSTR

1. OBJETIVOS 1.1. Definir paquetes fluidos que incluyan reacciones de tipo cinético 1.2. Determinar los grados de libertad requeridos para simular un reactor CSTR de tipo cinético 1.3. Simular, en estado estacionario, un reactor CSTR, con una reacción de tipo cinético 2. INTRODUCCION Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada de talmanera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto, se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del reactor. La ecuación de diseño de un reactor de mezcla completa es:

X V τ = = A FAo C Ao − rA

(13.1)

Siendo V, el volumen del reactor, FAo, el flujo molar del reactivo límite, τ, el tiempo espacial, CAo, la concentración del reaccionante A en la corriente deentrada, XA, la conversión de A y rA, la velocidad de reacción de A La velocidad de una reacción no catalítica depende de la concentración de reaccionante. Con respecto al reaccionante A, la ecuación de velocidad de reacción se expresa de la siguiente manera
n − rA = kCA

(13.2)

Siendo k, la constante específica de velocidad de reación, n, el orden cinético de la reacción y CA, laconcentración de reaccionante El orden de una reacción se determina experimentalmente y la constante de velocidad de reacción depende de la temperatura de la reacción y se puede calcular con la ecuación de Arrhenius, de la forma

⎛ E ⎞ k = A exp ⎜ − ⎟ ⎝ RT ⎠

(13.3)

Siendo A, el factor pre-exponencial, E, la energía de activación, T, la temperatura en escala absoluta y R, la constante universal delos gases Para simular un reactor CSTR con reacción de tipo cinético cuya velocidad depende solamente de la concentración de uno de sus reaccionantes, el número de variables que se requieren para una especificación completa es de seis. Las variables que usualmente, se especifican son el flujo calórico en la corriente de energía, la caída de presión en el tanque y el volumen del reactor, además dela energía de activación, el factor pre-exponencial y el orden de la reacción 3. PROCESO ESTUDIADO La reacción que estudiaremos es la de la obtención de propilenglicol a partir de óxido de propileno y agua, cuya estequiometría es C 3 H 6 O + H 2 O → C 3 H 8 O2

Se utiliza un reactor de mezcla completa que se alimenta con una solución acuosa de propileno al 20 % mol y se considera un nitrógenopuro que actúa como un inerte y con el propósito de mantener la presión de la reacción. La reacción es de primer orden con respecto a la concentración de óxido de propileno, COxido, con una cinética de la forma

r = KCOxido

(13.4)

y la constante específica de velocidad de reacción está dada por la ecuación de Arrhenius de la siguiente forma
⎛ 32444 ⎞ K = 1.7 x1013 exp⎜ − ⎟ RT ⎠ ⎝

(13.5)Siendo T, la temperatura en Kelvin 4. PAQUETE FLUIDO Ecuación: Componentes: Reacción Tipo: Uniquac - Ideal Oxido de propileno, agua, propilenglicol y nitrógeno Cinético

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Estequiometría: Base:

Oxido de propileno + Agua

Propilenglicol

La Base para la ecuación cinética es la Concentración; el Componente Base es el óxido de propileno; la fase de la reacción es Liquido combinado ylas unidades bases son kgmol/m3 para la concentración, kgmol/h-m3 para la velocidad de reacción, y ºK para la temperatura. Parámetros Cinéticos La reacción es irreversible. La ecuación cinética es la (13.4) es decir de orden uno con respecto al óxido de propileno y de la ecuación (13.5) se tiene que el factor preexponencial es 1.7x1013 h-1 y la energía de activación es 32444 kJ/kgmol 5. SIMULACIONEN ESTADO ESTACIONARIO 1. Abra un nuevo caso y seleccione la ecuación de Peng Robinson y los componentes óxido de propileno, agua, propilenglicol y nitrógeno Reacción de tipo cinético 2. Para introducir la reacción, haga clic sobre la pestaña “Rxns” de la ventana “Fluid Package: Basis-1” y presione el botón “Simulation Basis Mgr” que se encuentra a la derecha. Añada los componentes si no lo ha...