Ing.Biotecnologia

Notas Para El Curso ˜ DISENO DE REACTORES QUIMICOS

por Antonio Flores T. Departamento de Ciencias Universidad Iberoamericana Primavera 2001 E-mail: antonio.flores@uia.mx URL: 200.13.98.241/˜antonio September 5, 2001

Contenido
I ´ REACTORES ISOTERMICOS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . y grado de conversi´n o

1
2 2 2 3 5 6 7 7 8 9 10 10 10 13 19 19 20 22 25 29 29 34 36 36 36 46 49 53 53 59

1 Balance de masa 1.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 1.2 Balance general de masa . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Sistema homog´neo . . . . . . . . . . . . e 1.2.2 Sistema heterog´neo . . . . .. . . . . . e 1.3 Velocidad de reacci´n . . . . . . . . . . . . . . . o 1.4 Midiendo el progreso de una reacci´n . . . . . . o 1.4.1 Extensi´n de la reacci´n . . . . . . . . . o o 1.4.2 Conversi´n . . . . . . . . . . . . . . . . . o 1.4.3 Relaci´n entre la extensi´n de la reacci´n o o o

2 Reactor Batch 2.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.2Ecuaciones de dise˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n 2.3 Reacciones m´ltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . u 3 Reactor Continuo de Tanque Agitado o 3.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Ecuaciones de Dise˜o . . . . . . . . . n 3.3 Dise˜o de un reactor tanque agitado n 3.4 Reacciones m´ltiples . . . . . . . . . u . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Reactor Tubular 4.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 4.2 Reacciones m´ltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . u 5 Reactor SemiBatch o 5.1 Introducci´n . . . . . . . . . 5.2 Reactor Semibatch . . .. . 5.3 Reacciones m´ltiples . . . . u o 5.4 Operaci´n Semibatch-Batch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Relaciones Estequiom´tricas e 6.1 Reactores de flujo discontinuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Reactores de flujocontinuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

7 Configuraci´n de Reactores o 7.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 7.2 Determinado el mejor arreglo de reactores para una cierta conversi´n . o 8 Sensibilidad param´trica e 8.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 8.2 Ecuaciones desensibilidad param´trica . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 8.3 Evaluaci´n de sensibilidad param´trica . . . . . . . . . . . . . . . . . . o e e 9 Problemas de Reactores Isot´rmicos

64 64 68 73 73 73 74 80

ii

Lista de Figuras
1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 6.1 Sistema de reacci´n general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o Sistema depropiedades homog´neas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e Sistema de propiedades heterog´neas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e Variaci´n del grado de conversi´n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o o Variaci´n del perfil de concentraciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . o Variaci´n del perfil de concentraciones en un reactor batch con reacciones o m´ltiples. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . u 2 4 5 14 15 18

Reactor tanque agitado con mezclado perfecto. . . . . . . . . . . . . . . 19 Respuesta de la concentraci´n del reactor cuando la concentraci´n de la o o corriente de alimentaci´n aumenta a 72 mol/lt. . . . . . . . . . . . . . . 24 o Respuesta de la concentraci´n del reactor cuando la concentraci´n de la o o corriente de...