problema de diseño de reactores calculo de volumen cstr

13. REACTOR CSTR

1. OBJETIVOS
1.1. Definir paquetes fluidos que incluyan reacciones de tipo cinético
1.2. Determinar los grados de libertad requeridos para simular un reactor CSTR de tipo
cinético
1.3. Simular, en estado estacionario, un reactor CSTR, con una reacción de tipo cinético
2. INTRODUCCION
Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada detal manera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto, se asume que sus
propiedades son uniformes en todo el interior del reactor. La ecuación de diseño de un
reactor de mezcla completa es:

X
V
τ
=
= A
FAo C Ao − rA

(13.1)

Siendo V, el volumen del reactor, FAo, el flujo molar del reactivo límite, τ, el tiempo
espacial, CAo, la concentración del reaccionante A enla corriente de entrada, XA, la
conversión de A y rA, la velocidad de reacción de A
La velocidad de una reacción no catalítica depende de la concentración de reaccionante.
Con respecto al reaccionante A, la ecuación de velocidad de reacción se expresa de la
siguiente manera
n
− rA = kCA

(13.2)

Siendo k, la constante específica de velocidad de reación, n, el orden cinético de la reaccióny CA, la concentración de reaccionante
El orden de una reacción se determina experimentalmente y la constante de velocidad de
reacción depende de la temperatura de la reacción y se puede calcular con la ecuación de
Arrhenius, de la forma

⎛ E ⎞
k = A exp ⎜ −
⎟
⎝ RT ⎠

(13.3)

Siendo A, el factor pre-exponencial, E, la energía de activación, T, la temperatura en escala
absoluta y R,la constante universal de los gases
Para simular un reactor CSTR con reacción de tipo cinético cuya velocidad depende
solamente de la concentración de uno de sus reaccionantes, el número de variables que se
requieren para una especificación completa es de seis. Las variables que usualmente, se
especifican son el flujo calórico en la corriente de energía, la caída de presión en el tanque
y elvolumen del reactor, además de la energía de activación, el factor pre-exponencial y el
orden de la reacción
3. PROCESO ESTUDIADO
La reacción que estudiaremos es la de la obtención de propilenglicol a partir de óxido de
propileno y agua, cuya estequiometría es
C 3 H 6 O + H 2 O → C 3 H 8 O2

Se utiliza un reactor de mezcla completa que se alimenta con una solución acuosa de
propileno al20 % mol y se considera un nitrógeno puro que actúa como un inerte y con el
propósito de mantener la presión de la reacción.
La reacción es de primer orden con respecto a la concentración de óxido de propileno,
COxido, con una cinética de la forma

r = KCOxido

(13.4)

y la constante específica de velocidad de reacción está dada por la ecuación de Arrhenius
de la siguiente forma
⎛ 32444⎞
K = 1.7 x1013 exp⎜ −
⎟
RT ⎠
⎝

(13.5)

Siendo T, la temperatura en Kelvin
4. PAQUETE FLUIDO
Ecuación:
Componentes:
Reacción
Tipo:

Uniquac - Ideal
Oxido de propileno, agua, propilenglicol y nitrógeno
Cinético

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Estequiometría:
Base:

Oxido de propileno + Agua

Propilenglicol

La Base para la ecuación cinética es la Concentración; el Componente Base es el
óxido depropileno; la fase de la reacción es Liquido combinado y las unidades
bases son kgmol/m3 para la concentración, kgmol/h-m3 para la velocidad de
reacción, y ºK para la temperatura.
Parámetros Cinéticos
La reacción es irreversible. La ecuación cinética es la (13.4) es decir de orden uno
con respecto al óxido de propileno y de la ecuación (13.5) se tiene que el factor preexponencial es 1.7x1013h-1 y la energía de activación es 32444 kJ/kgmol
5. SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO
1. Abra un nuevo caso y seleccione la ecuación de Peng Robinson y los componentes
óxido de propileno, agua, propilenglicol y nitrógeno
Reacción de tipo cinético
2. Para introducir la reacción, haga clic sobre la pestaña “Rxns” de la ventana “Fluid
Package: Basis-1” y presione el botón “Simulation Basis...