Reactores No Isotermicos

Reactores No Isotérmicos
* Para especificar las reacciones en un reactor No Isotérmicos, se requiere de un modelo para determinar la temperatura del reactor. Pr ejemplo, para la reacción:

* La temperatura está determinada de acuerdo al balance de energía del reactor.
BALANCE GENERAL DE MOLAR
Conservation of mass


Conservation of mass

BALANCE GANERAL DE ENERGÍA
*Considerando un elemento de volumen de reactor arbitrario

Figure 1: Reactor volumen element
* La Ley de Conservación de la energía toma la forma:

* Que se puede escribir (en términos de variables adecuadas):


* El circunflejo indica Energía por unidad de masa

Es conveniente dividir el trabajo en tres partes:
* Es el trabajo hecho por las corrientes de flujo,mientras el material entra y sale del reactor
* El trabajo de eje hecho por el agitador, compresor, etc..
* El trabajo hecho mientras las fronteras del sistema se mueven.


TRABAJO HECHO POR EL FLUJO DE LAS CORRIENTES

Flow streams entering and leaving the volumen element.

Se puede expresar el flujo volumétrico como la velocidad de flujo dividido por ladensidad

La velocidad de trabajo total puede ser expresado como

TÉRMINOS DE ENERGÍA

La energía total puede ser reacomodada de diferentes formas. Las contribuciones obvias son la interna, cinética y potencial.

Considerando sólo estas formas de energía. Recordando la definición de Entalpía o en unidades de masa, , con lo anterior, setiene:

REACTOR POR LOTES

Como no hay corrientes de entrada o salida, la expresión anterior se reduce a:

* Para los reactores químicos, es común asumir que la energía interna es la contribución dominante y se desprecian la cinética y la potencial.
* Es normal despreciar el trabajo hecho por el agitador, a menos que la mezcla reaccionante sea altamente viscosa y que la operaciónde agitado requiera de potencia significante

Despreciando las energías cinética y potencial y el trabajo de eje:

Además como:

Es más útil y común usar la entalpía más que la energía interna.
REACTORES POR LOTES

En forma diferencial, con

Por lo que después de la substitución

EFECTO DE T, P Y nJ EN LA ENTALPÍA
Para un sistema de una fase

* La primera derivada parcial esla definición de capacidad calorífica, Cp.

* La segunda derivada parcial puede expresarse como

En donde es el coeficiente de expansión volumétrica para la mezcla reaccionante.
Las derivadas parciales son las entalpías molares parciales

De tal manera que la ecuación se reescribe como:

EN EL REACTOR POR LOTES

Sustituyendo en

Entonces

Recordando que el balance de materiapara el reactor Batch es:

Que substituyendo en el balance de energía conduce

Donde:

SIMPLIFICACIONES
Si el reactor opera a presión constante (dP/dt=0) o si el fluido es incompresible (∝=0), entonces la ecuación se reduce a

SIMPLIFICACIONES (VOLUMEN CONSTANTE)
Change from T, P, nj, to T, V, nj by considering P to be a function of T, V(V=VR), nj


For reactor operation at constantvolume, dV=0, and forming time derivatives and substituting into Equation


We note that the first term in brackets is

Substitution of Cv and the material balance yields the energy balance for the constant-volume batch reactor
CONSTANT-VOLUME REACTOR

CONSTANT VOLUME - IDEAL GAS
If we consider an ideal gas, it is straightforward to calculate and . Substitution into the constant-volumeenergy balance gives
CONSTANT – VOLUME REACTOR, IDEAL GAS.

EJEMPLO 1. Reactores a presión constante vs Reactores a Volumen constante.

Considere los dos siguientes reactores Batch, perfectamente mezclados, en fase gas y adiabáticos para la descomposición irreversible de A a B.

Reactor 1. El volumen del reactor permanece constante (la presión del reactor cambia).
Reactor 2. La presión...