Reactores




Práctica #4 de Reactores
Distribución de tiempos de Residencia en un reactor CSTR
Profesor: Ing. José Orozco Aréchiga



Melissa Padilla Martínez IQ673496
Juan Rafael Romero Barragán IQ555992
Noviembre 23 de 2012

Resumen
Se hicieron dos corridas una con agitación magnética y otra sin agitación magnética en la práctica para un CSTR (matraz bola de 3 vías) inyectando coloranterojo “fresa” por medio de inyecciones, una manual y otra con bomba de inyección a cada corrida con un flujo de agua previamente calculado de 0.7335 L/min, y por medio del programa de computadora “Multi” capturar los datos en Excel para hacer dos gráficas con 4 curvas (pulso, escalón +, escalón –, e ideal) de la E(t).
Antecedentes
La DTR (Distribución de Tiempos de Residencia) fue propuesta porprimera vez en el artículo pionero de McMullin y Weber. En un CSTR; la alimentación introducida a un CSTR en cualquier momento dado, se mezcla en su totalidad con el material que se encuentra en el reactor, algunos de los átomos que entran al CSTR salen de él casi inmediatamente porque el material se retira de forma continua del reactor; otros átomos permanecen en el reactor casi todo el tiempoporque el material casi nunca se retira totalmente del reactor de manera simultánea. La distribución de tiempos de residencia (DTR) de un reactor es una característica del mezclado que ocurre en dicho reactor químico. (Algunas moléculas salen con rapidez, otras se quedan mucho tiempo en el interior del reactor).
La DTR se determina experimentalmente inyectando una sustancia, molécula o átomoinerte, llamado trazador, al reactor en cierto tiempo t=0 y después midiendo la concentración del trazador, C, en la corriente del efluente en función del tiempo C (t). Los tipos de trazadores más comunes son materiales coloridos y radiactivos junto con gases inertes. Los dos métodos de inyección más empleados son el de alimentación por pulso y el de alimentación por escalón.
Alimentación por pulso.En una alimentación por pulso, se inyecta una cantidad de trazador N0 de manera repentina como carga a la corriente de alimentación que entra al reactor en un tiempo tan breve como sea posible. Después se mide la concentración a la salida en función del tiempo, la inyección de un pulso de trazador para un sistema de entrada y salida únicas, en el que solo el flujo (es decir, no hay dispersión)lleva el material trazador a través de los límites del sistema.

Si ahora dividimos entre la cantidad total de material inyectado al reactor, N0, obtenemos

Para la inyección por pulso, definimos

De modo que

Si N0 se desconoce directamente, puede obtenerse de mediciones a la concentración a la salida sumando todas las cantidades del material, ΔN, entre el tiempo cero y el tiempo infinito.E integrando, obtenemos

El flujo volumétrico, v, suele ser constante, de modo que podemos definir E (t) como sigue:

Alimentación por escalón
La concentración de entrada a menudo adopta la forma de una alimentación por pulso perfecta (función de delta de Dirac), una inyección por pulso imperfecta o una alimentación por escalón.

Del mismo modo que la función de la DTR E (t) puededeterminarse en forma directa mediante la alimentación por pulso, la distribución acumulativa F (t) puede determinarse directamente mediante una alimentación por escalón.

Como la concentración de entrada es constante con el tiempo, C0, podemos sacarla de la integral, o sea,

Dividiendo entre C0, se tiene


Diferenciando esta expresión para obtener la función de la DTR E (t):

El escalónpositivo suele ser más fácil de efectuar experimentalmente que la prueba de pulso; tienen la ventaja adicional de que no es necesario conocer la cantidad total del trazador en la alimentación durante el periodo de la prueba como en la prueba de pulso.
DTR en un solo CSTR ideal.
En un CSTR ideal, la concentración de cualquier sustancia en la corriente del efluente es idéntica a la concentración en...