Cstr recirculado

Efectos de la recirculación en reactores.


Los procesos que implican recirculación del producto se encuentran con frecuencia en la industria química y del petróleo. En las reacciones químicas, el material sin reaccionar puede separarse del producto y recircularse, tal como en la síntesis del amoníaco. Otro ejemplo del uso de las operaciones conrecirculación es el de las columnas de destilación fraccionada, en donde una parte del destilado sirve como reflujo de la columna para aumentar la concentración del producto. En la figura se muestra un proceso típico de recirculación.




Se debe entender que el proceso mostrado en la figura se encuentra en condiciones uniformes, es decir, no severifica la formación o el agotamiento de ningún material dentro del reactor o en la corriente de recirculación. La alimentación al reactor está constituida por dos corrientes: la alimentación fresca y el material de recirculación. En algunos casos la corriente de recirculación puede tener la misma composición que la corriente del producto principal, mientras que en otras circunstancias lacomposición puede ser completamente diferente, dependiendo de la forma como se efectúa la separación.
En muchos casos se emplea una corriente de recirculación y estos son:
1. Cuando se utiliza un exceso estequiométrico de uno de los componentes. Esto se hace cuando interesa que reaccione completamente un reactivo limitante.
2. Cuando la reacción se lleva a cabo enun diluyente inerte, generalmente se recircula el diluyente una vez que se han separado los productos.
3. Cuando la transformación de los reaccionantes en los productos está limitada, bien por consideraciones de equilibrio, o bien porque la velocidad de reacción se hace extraordinariamente lenta a medida que aumenta la concentración de los productos.
4. Cuando hay reaccioneslaterales con intervención de los productos de reacción. Por ejemplo en la cloración de un hidrocarburo alifático, en presencia de cloro, el compuesto monoclorado reacciona para formar el diclorado, que a su vez se transforma en triclorado y así sucesivamente. Para evitar esto se usa un exceso de sustancia orgánica y se detiene la cloración antes de que en el sistema haya excesiva proporción de compuestomonoclorado. El exceso de compuesto alifático y cloro se recircula.
La recirculación de corrientes fluidas en los procesos químicos es práctica para incrementar rendimientos, enriquecer un producto, conservar calor, etc. Además, la recirculación es un proceso más caro y requiere de mayor espacio dentro de una planta.

Caso c.

Para comparar los efectos de la recirculación en un CSTR, dondeocurra una reacción autocatalítica en donde los productos y los reactivos sean especies distintas pero en donde la cinética dependa de la concentración del producto, se realizaron balances de materia para calcular las conversiones y concentraciones finales sobre los reactivos y productos dentro de un sistema sin recirculación y dentro de otro sistema con recirculación y así comparar los resultados ypoder concluir sobre el efecto de la recirculación en un CSTR con una reacción de este tipo.

La reacción autocatalítica que se sugirió fue la siguiente, con velocidad de reacción correspondiente:



Para ver los diagramas de ambos casos de los reactores, dirigirse al anexo 1.

Primeramente se realizó un balance molar sobre la sustancia A sin recirculación y se sustituyeron losvalores correspondientes en la ecuación de diseño de dicho reactor. Las ecuaciones finales tanto de la conversión, como de la concentración sobre el reactivo quedaron de la siguiente manera (para el balance completo, ver anexo 1):



Posteriormente se realizó el balance molar sobre la sustancia A pero ahora incluyendo una taza de recirculación y se sustituyeron los valores correspondientes en...