reactor flujo piston

REACTOR FLUJO PISTON
Características generales
        El reactor de flujo pistón trabaja en estado estacionario. Esto significa que las propiedades no varían con el tiempo. Se dice que un fluido circula por un tubo en flujo pistón cuando no existen gradientes radiales y cuando no hay ningún tipo de mezcla (no existe difusión) axial.
        Si no existe gradiente radial los perfiles depropiedad son planos.
        Si no existe difusión axial cada elemento de fluido mantiene su individualidad en todo el reactor sin mezclarse con los elementos anteriores o posteriores. El el caso del movimiento de un émbolo en un pistón.
        El flujo en pistón es una idealización de un determinado flujo, es un modelo matemático. Nos podemos aproximar a esta hipótesis si utilizamos una mezcla dereacción poco viscosa (así eliminamos gradientes radiales). Además si el fluido circula a gran velocidad podemos despreciar el término de difusión axial frente al flujo global.
        En un reactor de flujo pistón las propiedades no varían con el tiempo pero sí con la posición en el reactor.
 Ecuación de diseño
        Hemos visto anteriormente que las propiedades de un reactor de flujopistón varían con la posición. Por esta razón, si tenemos que aplicar balances de materia tenemos que utilizar diferenciales de volumen de reactor. Posteriormente mediante integración extenderemos el análisis al volumen total del reactor.
 

        El balance de materia aplicado al diferencial de volumen de la Fig. 6.1 es
        ENTRA - SALE - DESAPARECE = ACUMULA
            FA - (FA + dFA) -(-rA) dV = 0
        operando se obtiene
       - dFA = (-rA) dV
 Ec. 6.1      
por la definición de conversión para reactores en flujo       
       







sustituyendo en la Ec. (6.1):

integrando la expresión anterior

  si resolvemos nos queda     
EC 6.2
que es la ecuación de diseño para un reactor de flujo pistón. Es válida tanto si existe o no variación de caudal en elsistema.
Si queremos poner la expresión anterior en función de la concentración

sustituyendo en la Ec. 6.2:

luego podemos escribir:
Ec 6.3
Para sistemas de densidad constante, si tenemos en cuenta la definición de conversión parareactores en flujo  





      


sustituyendo la última expresión en la Ec. 6.3 obtenemos:   
Ec 6.4
Si comparamos esta expresión con la obtenida paraun reactor discontínuo podemos ver que la diferencia entre ambas expresiones es que hemos sustituido el tiempo por t. Por lo tanto cuando en un reactor discontínuo tenemos la mezcla de reacción un tiempo igual a t en ambos caso obtenemos la misma conversión de salida para una misma reacción química.
      El reactor de flujo pistón puede ser isotérmico y no isotérmico (adiabático o ni isotérmicono adiabático).
 Reactor de flujo pistón isotérmico
        En los reactores de flujo pistón isotérmicos la temperatura no varía con laposición en el reactor. Además varía con el tiempo por tratarse de un reactor de flujo pistón en estado estacionario. La velocidad de reacción será sólo función de la conversión (o de la concentración)

Para ese caso utilizaremos como ecuación de diseño laexpresión (4)

esta integral la podemos resolver de diferente manera:
- analíticamente
- gráficamente
- numéricamente
Utilización del reactor de flujo pistón para la determinación de la ecuación cinética
            El reactor de flujo pistón puede funcionar como reactor diferencial o como reactor integral.
            En modo diferencial la velocidad de reacción se mantiene prácticamenteconstante a lo largo de todo el reactor. 
Para que esto ocurra la conversión a la entrada y salida del reactor tiene que ser prácticamente constante. Esto en la prática no es posible ya que el reactor carecería de sentido. Sin embargo nos podemos aproximar a este tipo de comportamiento diferencial trabajando a conversiones pequeñas, es decir haciendo que

            con estos valores de...