cinetica

Departamento de Ingeniería Química / Cinética Química

TEMA 2

Tema II


TEMA 2



Tema II

UTILIZACIÓN DE LOS REACTORES QUÍMICOS PARA OBTENER
DATOS EXPERIMENTALES.
CONTENIDO DEL TEMA
♦ DEFINICIÓN DE REACTORES QUÍMICOS.
♦ TIPOS DE ESTUDIOS:
NIVEL DE LABORATORIO.
NIVEL DE PLANTA PILOTO.
ESCALA INDUSTRIAL.
♦ TIPOS DE REACTORES:
REACTORES DISCONTINUOS.
REACTORES CONTINUOS.
♦REACTOR DE CARGA:
CARACTERÍSTICAS.
VENTAJAS.
DESVENTAJAS.
USOS.
BALANCE DE MATERIA.
♦ REACTOR DE MEZCLA COMPLETA:
CARACTERÍSTICAS.
VENTAJAS.
DESVENTAJAS.
USOS.
BALANCE DE MATERIA.
♦ REACTOR DE FLUJO EN PISTÓN:
CARACTERÍSTICAS.
VENTAJAS.
DESVENTAJAS.
USOS.
BALANCE DE MATERIA.
♦ TIEMPO ESPACIAL.
♦ VELOCIDAD ESPACIAL.

Ing. Elisa Marisol Verruschi

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Tema II

REACTORES QUÍMICOS.
Son los equipos donde se llevan a cabo las reacciones químicas. Esto puede
realizarse a diferentes escalas:
1. Nivel de Laboratorio.
Este reactor se diseña para operar a temperatura y composición prácticamente
constante. Generalmente se utilizan condiciones de operación que faciliten la
diferenciación de los efectos de difusióny de transferencia de calor de las
mediciones experimentales, de tal forma que se pueda evaluar con precisión la
velocidad del proceso químico.
T y P ⇒ constante ⇒ efectos de difusión y transferencia de calor diferenciados.
2. Nivel de Planta Piloto.
A este nivel se puede variar composición, presión y temperatura, pero los datos
obtenidos de efectos de difusión y de transferencia de calorpara la evaluación de
la velocidad de reacción del proceso se convierte en una tarea complicada.
3. Escala Industrial.
Los problemas a este nivel son similares al caso anterior, solo que son mucho
más severos, ya que se cuenta con menos instrumentación para el estudio del
efecto de las transferencias (calor y masa) y por lo tanto con menos cantidad de
datos específicos.
TIPOS DE REACTORES.1. Reactores Discontinuos (Tipo Bacht, Por Cargas, Por Lotes).
2. Reactores Continuos:
2.1. Reactores de Mezcla Completa.
2.2. Reactores de Flujo en Pistón.

Ing. Elisa Marisol Verruschi

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REACTOR DISCONTINUO.
1. Características:
1.1. Sistema cerrado.
1.2. Operan a régimen inestable (operación en estado noestacionario).
1.3. La composición varía con el tiempo, aunque en cada instante esta, es
uniforme en todos los puntos del reactor.
1.4. Se considera operación ideal, cuando los gradientes de C, P, y T son
despreciables en la mezcla en un tiempo de reacción.
2. Ventajas:
2.1. Son de fácil operación a nivel de laboratorio.
2.2. Reacciones líquidas y gaseosas.
2.3. A nivel industrial los costos deinstalación son menores con respecto a los
reactores continuos.
3. Desventajas:
3.1. A nivel industrial los costos y los ciclos de operación son mayores y
complicados, comparados con los reactores continuos.
4.

Usos:
4.1. No se recomienda para reacciones muy rápidas.
4.2. No se recomienda para sistemas que originen productos colaterales.

5. Balance de Materia:
Se asume: mezclado ideal.A+ B → C

(A es el R.L.).

Realizando un balance de materia para A:

Ing. Elisa Marisol Verruschi

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EA - SA - RA = AA ⇒ EA = SA = 0, por sistema cerrado.
Por lo tanto:
- RA = AA ⇒

RA = - AA

Velocidad de desaparición de A (mol/tiempo) = - Velocidad de acumulación de A en
el Reactor (mol/tiempo).
Pero:
RA =(-rA)V

{moles de A que reacciona/tiempo*V de fluido} * Volumen de fluido

dNA
AA = - dt
Sabemos que:
⇒

NA = NAo(1-XA)

dNA = - NAodXA

Sustituyendo, tenemos:

N Ao dX A
-rA =
V
dt

XA

t

⇒

ECUACIÓN GENERAL DE DISEÑO
PARA UN REACTOR DISCONTÍNUO

∫ dt

= NAo

0

0

XA

t = NAo

dX A

∫ V ( −r

A

⇒

dX A

∫ V ( −r
0

)

A

)

Si el...