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EXPERIMENTO 3: ESTUDIO DEL REGIMEN DE FUNCIONAMIENTO EN REACTORES CONTINUOS IDEALES. OBJETIVO: El objetivo de la práctica es estudiar el comportamiento de reactores continuos de laboratorio, de mezcla perfecta y de flujo pistón, y analizar si su régimen de flujo se corresponde con el de reactores ideales. 1.- Introducción. Un reactor no es más que una operación básica en la que tiene lugar uncambio químico, es decir rotura y formación de enlaces covalentes. Como consecuencia de ello, en un reactor se produce una transformación de uno o varios reactivos en uno o varios productos. Si el reactor funciona en discontinuo -es decir un periodo de carga, otro de reacción y un último período de descarga- la concentración de las diversas especies irá variando con el tiempo. Si además existengradientes de concentración en el seno del reactor el análisis del funcionamiento del reactor se convierte en una empresa, sino imposible, sí al menos bastante compleja. Además, si la reacción tiene lugar en un medio heterogéneo, la presencia de más de una fase y la necesidad de considerar el contacto interfacial, etapas de difusión, etc... todavía complican mas el cálculo cinético. El diseño de unreactor, de forma simplificada, implica esencialmente la determinación del tamaño necesario (volumen de reactor) para obtener una cierta cantidad de producto en unas condiciones precisas. Para facilitar el estudio, en adelante se analizarán reactores homogéneos, es decir, en los que solo exista un fluido formando una única fase homogénea. El reactor más fácil de diseñar es aquel que funciona encondiciones ideales. Un reactor continuo ideal no es más que aquel que sigue un modelo de flujo ideal. Se distinguen dos tipos fundamentales: 1. Reactor continúo de mezcla perfecta: Son reactores de tanque agitado en los que se produce una mezcla intensa del fluido que los contiene. El modelo de flujo de mezcla perfecta implica que el fluido se mezcla de forma total, alcanzándose una homogeneidadcompleta, de tal forma que la composición y temperatura son iguales en todos los puntos de la mezcla.
Práctica 3 - 1

2. Reactor continuo de flujo pistón: Son reactores tubulares por cuyos extremos entran los reactivos y salen los productos. La reacción química se desarrolla a lo largo del recorrido por el espacio tubular. El modelo de flujo pistón implica que el frente de reacción progresa a lolargo del reactor como un pistón o émbolo, por lo que no existe mezcla en la dirección de desplazamiento, siendo los perfiles de velocidad planos (es decir, en la superficie perpendicular a la dirección de flujo no hay variaciones en composición temperatura). La mayoría de los reactores homogéneos continuos se pueden ajustar a una de las dos condiciones de flujo arriba indicadas, aunque en realidaden muchos casos es muy difícil conseguir un régimen estrictamente ideal. El tiempo espacial o tiempo de residencia (TR) es un parámetro utilizado en reactores continuos que expresa el tiempo necesario para tratar un volumen de corriente de alimentación igual al volumen del reactor. Se calcula fácilmente en un reactor ideal dividendo el volumen del reactor por el caudal de reactivos que entra alreactor. Su inversa es la velocidad espacial.

TR (min) =

Volumen reactor (ml ) Caudal de entrada al reactor (ml / min)

(1)

El tiempo espacial es un parámetro muy importante en el diseño de reactores, pues representa el tiempo promedio que los reactivos van a permanecer en el interior del reactor en condiciones de régimen estacionario, y por tanto la conversión que se alcanzará en elsistema. En un reactor ideal de flujo pistón todas las moléculas de reactivo permanecerán el mismo tiempo en el reactor, puesto que avanzan como un émbolo en la corriente a través del reactor tubular. En un reactor ideal de mezcla perfecta, dado que la mezcla en el interior del reactor es instantánea, algunas moléculas de reactivo permanecerán muy poco tiempo en el reactor al alcanzar la salida muy...