reactores quimicos

Tema 14. Reactores químicos
Ingeniería Química

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

Reactores químicos
Condiciones
determinantes

Especificaciones

Elección del tipo de reactor químico

Diseño del
reactor

Volumen del reactor
Condiciones de operación
Sistemas de Instrumentación y Control

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

Reactores químicos
Grado de mezcla:
Ideal
RealFases presentes:
R. Homogénea
R. Heterogénea

Cinética química:
Vel. de reacción
Ec. cinética

Tipo operación:
Continua
Discontinua
Semicontinua

Diseño del
reactor

Régimen térmico:
Isotermo
Adiabático

Fenómenos fcos. de
transporte:
Cant. de movimiento
Materia
Energía

Termodinámica:
Calor de reacc.
Equilibrio qco.

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

Reactoresquímicos

Reactivos

Productos

Discontinuo

Continuo de
mezcla completa
Gas

Líquido

Líquido
Gas

Semicontinuo

Continuo de
flujo pistón

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

Reactores químicos

Número de fases

Tipo de operación

- Homogéneos

- Discontinuos

- Heterogéneos

- Continuos o de flujo
•
•

Régimen térmico

Tubular

De tanque agitado
-Semicontinuos

- Isotérmicos
- Adiabáticos

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

14.1. Reactores homogéneos ideales
Balance de materia
⎡Cantidad de A⎤ ⎡Cantidad de A⎤ ⎡Cantidad de A⎤ ⎡Cantidad de A⎤
⎢ acumulada ⎥ = ⎢que entra en ⎥ − ⎢que sale de ⎥ − ⎢que reacciona ⎥
⎢
⎥ ⎢
⎥ ⎢
⎥ ⎢
⎥
⎢en dV en dt ⎥ ⎢dV en dt
⎥ ⎢dV en dt
⎥ ⎢en dV en dt ⎥
⎣
⎦ ⎣
⎦ ⎣
⎦ ⎣
⎦
Acumulación
EntradaSalida
Generación

E

dV

S

A→P

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

14.1. Reactores homogéneos ideales
Balance de energía
⎡ E. calorífica ⎤
⎡ E. calorífica ⎤ ⎡ E. calorífica ⎤ ⎡ E. calorífica ⎤ ⎢
⎥
⎢ acumulada ⎥ = ⎢que entra en ⎥ − ⎢ que sale de ⎥ − ⎢que desaparece ⎥
⎢
⎥ ⎢
⎥ ⎢
⎥ ⎢ por reacción ⎥
⎢en dV en dt ⎥ ⎢dV en dt
⎥ ⎢ dV en dt
⎥ ⎢
⎥
⎣
⎦ ⎣
⎦ ⎣
⎦ en dV en dt
⎦⎣
Acumulación Entrada
Salida
Generación

E

dV

S

A→P

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14.2. Reactores de tanque
discontinuos
Balance de materia
[Acumulación] = [Entrada] − [Salida ] + [Generación]
E=0

V

V
cA0

T0
t=0

⎡Cantidad de A ⎤
⎡Cantidad de A
⎤
⎢acumulada en dV ⎥ = − ⎢que reacciona en dV ⎥
⎢
⎥
⎢
⎥
⎢en el tiempo dt ⎥
⎢en el tiempo dt
⎥
⎣
⎦
⎣⎦

t

Tiempo de reacción

NA0 (moles A iniciales)
xA0 = 0

T

cA

S =0

NA (moles A)

xA =

N A0 − N A
N A0

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

14.2. Reactores de tanque
discontinuos
Balance de materia
Acumulación
V

V
cA0

T0
t=0

Generación

t

Tiempo de reacción

NA0 (moles A iniciales)
xA0 = 0

T

cA

dx
dN A d [N A0 (1 − x A )]
= − N A0 A
=dt
dt
dt

(− rA )V
NA (moles A)

xA =

N A0 − N A
N A0

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

14.2. Reactores de tanque
discontinuos
Balance de materia
Diferencial
V

V
cA0

T0
t=0

dx A
dt

Integral

t

Tiempo de reacción

NA0 (moles A iniciales)
xA0 = 0

T

cA

(−rA )V = N A0

NA (moles A)

xA =

t = N A0 ∫

xA

0

dx A
(−rA )V

N A0 − N AN A0

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

14.2. Reactores de tanque
discontinuos
Ecuación cinética
t=

V

V
cA0

T0
t=0

NA0 (moles A iniciales)
xA0 = 0

t
NA (moles A)

xA =

∫

xA

0

x A dx
dx A
A
= c A0 ∫
(V = cte.)
0 (−r )
(−rA )
A

c A = c A0 (1 − x A )∴dc A = −c A0 dx A

T

cA

Tiempo de reacción

N A0
V

dc A
t = −∫
(V = cte.)
c A 0(−r )
A
cA

N A0 − N A
N A0

Dr. Rafael Camarillo – Prof. Ayud.

14.2. Reactores de tanque
discontinuos
Ecuación cinética
Volumen variable
V

V
cA0

T0
t=0

NA0 (moles A iniciales)
xA0 = 0

t
NA (moles A)

xA =

Vconv.completa − Vsin conv.
Vsin conv.

T

cA

Tiempo de reacción

V = V0 (1 + ε A x A )

εA =

N A0 − N A
N A0

xA

x

A
dx A
dx...