Diseño Reactor

DISEÑO DE EQUIPOS
DISEÑO DEL REACTOR

Definición de la cinética de la reacción para el reactor primario

La determinación de los parámetros cinéticos para la reacción de nitrato de amonio, se hace con el fin de caracterizar de manera más precisa la producción de nitrato de amonio.
La reacción llevada a cabo es la siguiente:

[pic] [pic]

Se comienza con ladeterminación del orden de la reacción, para lo cual e plantea un modelo de la cinética de primer orden, el cual se evalúa mediante la desaparición de iones hidronios provenientes de la reacción del ácido nítrico.
[pic]
Donde:
v: velocidad de la reacción (mol/L)
k:constante de velocidad(min-1)
C:concentración de ioneshidronios (mol/l)
n:Orden de la reacción


El orden y la constante de velocidad se determinan mediante método diferencial. Para ello se calcula la concentración de desaparición de ácido nítrico. Utilizando datos provistos por C.A.V.I.M, la concentración sería:


[pic]
Donde:
[pic]: Concentración de iones hidronio (mol/l)
pH: índice de pH

[pic]

Una vez establecido el valor dela concentración, se realiza una gráfica de concentración en función del tiempo, la cual se resume de manera analítica en la siguiente expresión:
[pic]
Donde:
[pic]:Velocidad de desaparición experimental de los moles de ácido nítrico (mol/l)
Empleando valores de referencia provistos por los laboratorios de C.A.V.I.M, y empleando las siguientes ecuaciones:[pic]
[pic]
Se obtienen valores de [pic]=-0,248069 mol/l y [pic]=0,0422 mol/l
Como se tiene conocimiento que la temperatura de reacción para la producción de nitrato de amonio es variable, los valores de n y k que se pudiesen obtener no van a ser constantes, como no se tiene considerado en el proceso un controlador de temperatura, se determina el factor de frecuencia y laenergía de activación del sistema.
Utilizando el método integral para cinéticas de primer orden, e integrando la expresión, se obtiene una constante de reacción para cada concentración puntual.


[pic]
Tomando como referencia valores con un tiempo de reacción de t=0,25 min, [pic]=0,09549 y se despeja el valor de k de la ecuación anterior se obtiene una k =9,3945min-1
Aplicando laecuación de Arrhenius escrita de la siguiente forma:
[pic]
Donde:
A:Factor de frecuencia (min.1)
R: Constante universal de los gases (cal/mol K)
Ea:Energía de activación (cal/mol)
T:Temperatura de reacción (K)
y utilizando los datos anteriores se tiene que los valores de factor de frecuencia refrencial de A=0,007083 min-1 y un valor de Ea=3384,0624 cal/molDeterminación del volumen del reactor


Para la determinación del volumen del reactor a utilizar es necesario determinar qué cantidad de amoníaco y ácido nítrico se pondrán en contacto para lograr la producción requerida de nitrato de amonio. Sin embargo, se debe determinar en primer lugar qué cantidad de nitrato de amonio se va a producir. Generalmente, la producción final es el valorestimado provisto por datos de mercado más un porcentaje de seguridad en casos de alguna eventualidad. Según datos suministrados por C.A.V.I.M el porcentaje recomendado es un 28,72% de la capacidad nominal considerando un tiempo de residencia de 35 minutos. Siguiendo este criterio se tiene la siguiente expresión:
[pic]


Donde:
[pic]=Flujo final de producción de nitrato de amonio(mol/min)
[pic]:Flujo nominal de nitrato de amonio según datos de mercado (mol/min)


Sabiendo que la cantidad requerida de mercado es de aprox. 60Ton/dia, se tiene que:
[pic]
Si se divide el día en dos turnos de 8 horas, y además se considera, según valores experimentales de referencia, que el tiempo de residencia es de 35 minutos, se tiene una producción por carga de...