Ingeneria De Las Reaciones
Páginas: 10 (2284 palabras)
Publicado: 14 de enero de 2013
REACTORES NO IDEALES
Los modelos de flujo de los reactores ideales representan los dos casos extremos de mezcla total e instantánea (recipiente uniforme) y ausencia total de mezcla (gradiente a lo largo del tubo producido solo por la reacción química). Los reactores ideales son sencillos de resolver, y suelen mostrar un contacto entre los reactivos y un comportamiento óptimos. Por ejemplo,el tanque continuo ideal es un sistema perfectamente agitado con composición uniforme en el reactor y en el efluente [mezcla completa], cuyo balance de materia en estado estacionario es: (=cox/v.
En muchos casos, una agitación efectiva aproxima suficientemente estos reactores a su modelo ideal. Pero hay otros donde, por distintos motivos, la desviación puede ser significativa: tanques grandescon insuficiente agitación, reacciones rápidas frente al tiempo de mezcla, canalizaciones, recirculación o estancamiento del fluido. Los problemas del flujo no ideal están íntimamente ligados a los cambios de escala; a menudo, el factor no controlado al pasar de un reactor de laboratorio a otro piloto o industrial es la magnitud de no idealidad del flujo.
TIPO DE FLUJO EN UN REACTORPara caracterizar el tipo de flujo en un reactor real, se estudia la respuesta transitoria a un cambio brusco de concentración a la entrada, en ausencia de reacción química. Para realizar el estímulo se emplean sustancias compatibles con el fluido de mezcla y fácilmente analizables (trazadores), y según el tipo de perturbación hay dos curvas típicas de respuesta:
- Curva F: respuesta a unescalón (cambio brusco y sostenido de la concentración de trazador a la entrada), que suele generalizarse con F=c/co y (=t/(V/Vo).
Para un reactor perfectamente agitado, el balance al trazador es: Vo(co-c)=V·(c/(t, e integrando resulta la exponencial asintótica: F= 1-e-(.
- Curva C: respuesta a un impulso (cambio brusco e instantáneo a la entrada del reactor), que segeneraliza en este caso con co= m/V, siendo m la cantidad de trazador inyectado.
Matemáticamente la función de impulso instantáneo es la derivada de la función escalón anterior, por lo que si la mezcla es lineal las funciones de respuesta serán igualmente:
C= (F/((= e-(, que corresponde a una exponencial decreciente hacia el eje de abscisas.
Para un reactor tubularideal, las curvas serían la reproducción exacta de la perturbación, con el retardo del tiempo de residencia.
El dispositivo experimental puede ser una válvula de tres vías, que se cambia de posición a tiempo cero, y una toma de muestras periódica o detector en línea para determinar la concentración saliente con el tiempo; en el segundo caso se sustituye la válvula por una jeringa con eltrazador.
PARTE EXPERIMENTAL
Experimento en escalón.-
Se elige un volumen de reactor (V), se introduce un trazador, se llena de agua y se homogeneiza seleccionando una velocidad de agitación. Se alimenta un flujo estacionario de agua (Vo;t=0) y se mide la concentración de trazador en el efluente, repitiendo el experimento para varios flujos calibrados. Para obtener F(t) normalizadacambiamos la escala para que la curva ascienda de 0 a 1, teniendo en cuenta que el escalón se ha realizado a la inversa; y calculando las pendientes puede obtenerse la curva C(t):
F(t)= 1-(At-A()/(A0-A()= (A0-At)/(A0-A() C(t)=dF(t)/dt
Experimento con pulso.-
Se suministran flujos estacionarios de agua al reactor (Vo), inyectando a t=0 un pulso de solución concentrada detrazador. Al igual que antes se representa la concentración frente al tiempo o en forma de la propiedad medida; el área bajo la curva se calcula por la regla de los trapecios (Qt= t(( ½(At-1+At), para obtener las funciones normalizadas:
C(t)=At/Q ; F(t)=Qt/Q
Empleando temperaturas y tiempos espaciales similares puede estudiarse el efecto del cambio de escala con reactores mayores....
Los modelos de flujo de los reactores ideales representan los dos casos extremos de mezcla total e instantánea (recipiente uniforme) y ausencia total de mezcla (gradiente a lo largo del tubo producido solo por la reacción química). Los reactores ideales son sencillos de resolver, y suelen mostrar un contacto entre los reactivos y un comportamiento óptimos. Por ejemplo,el tanque continuo ideal es un sistema perfectamente agitado con composición uniforme en el reactor y en el efluente [mezcla completa], cuyo balance de materia en estado estacionario es: (=cox/v.
En muchos casos, una agitación efectiva aproxima suficientemente estos reactores a su modelo ideal. Pero hay otros donde, por distintos motivos, la desviación puede ser significativa: tanques grandescon insuficiente agitación, reacciones rápidas frente al tiempo de mezcla, canalizaciones, recirculación o estancamiento del fluido. Los problemas del flujo no ideal están íntimamente ligados a los cambios de escala; a menudo, el factor no controlado al pasar de un reactor de laboratorio a otro piloto o industrial es la magnitud de no idealidad del flujo.
TIPO DE FLUJO EN UN REACTORPara caracterizar el tipo de flujo en un reactor real, se estudia la respuesta transitoria a un cambio brusco de concentración a la entrada, en ausencia de reacción química. Para realizar el estímulo se emplean sustancias compatibles con el fluido de mezcla y fácilmente analizables (trazadores), y según el tipo de perturbación hay dos curvas típicas de respuesta:
- Curva F: respuesta a unescalón (cambio brusco y sostenido de la concentración de trazador a la entrada), que suele generalizarse con F=c/co y (=t/(V/Vo).
Para un reactor perfectamente agitado, el balance al trazador es: Vo(co-c)=V·(c/(t, e integrando resulta la exponencial asintótica: F= 1-e-(.
- Curva C: respuesta a un impulso (cambio brusco e instantáneo a la entrada del reactor), que segeneraliza en este caso con co= m/V, siendo m la cantidad de trazador inyectado.
Matemáticamente la función de impulso instantáneo es la derivada de la función escalón anterior, por lo que si la mezcla es lineal las funciones de respuesta serán igualmente:
C= (F/((= e-(, que corresponde a una exponencial decreciente hacia el eje de abscisas.
Para un reactor tubularideal, las curvas serían la reproducción exacta de la perturbación, con el retardo del tiempo de residencia.
El dispositivo experimental puede ser una válvula de tres vías, que se cambia de posición a tiempo cero, y una toma de muestras periódica o detector en línea para determinar la concentración saliente con el tiempo; en el segundo caso se sustituye la válvula por una jeringa con eltrazador.
PARTE EXPERIMENTAL
Experimento en escalón.-
Se elige un volumen de reactor (V), se introduce un trazador, se llena de agua y se homogeneiza seleccionando una velocidad de agitación. Se alimenta un flujo estacionario de agua (Vo;t=0) y se mide la concentración de trazador en el efluente, repitiendo el experimento para varios flujos calibrados. Para obtener F(t) normalizadacambiamos la escala para que la curva ascienda de 0 a 1, teniendo en cuenta que el escalón se ha realizado a la inversa; y calculando las pendientes puede obtenerse la curva C(t):
F(t)= 1-(At-A()/(A0-A()= (A0-At)/(A0-A() C(t)=dF(t)/dt
Experimento con pulso.-
Se suministran flujos estacionarios de agua al reactor (Vo), inyectando a t=0 un pulso de solución concentrada detrazador. Al igual que antes se representa la concentración frente al tiempo o en forma de la propiedad medida; el área bajo la curva se calcula por la regla de los trapecios (Qt= t(( ½(At-1+At), para obtener las funciones normalizadas:
C(t)=At/Q ; F(t)=Qt/Q
Empleando temperaturas y tiempos espaciales similares puede estudiarse el efecto del cambio de escala con reactores mayores....
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