Resumen Unidad I

Los reactores químicos.
Imaginemos que tenemos que llevar a cabo la reacción química
        A+ B  C
La operación se desarrollará en un reactor químico. ¿Qué es lo que hay que tener en cuenta a la hora de desarrollar el experimento?. Los factores a tener en cuenta serán los siguientes:
Condiciones en las que la reacción es posible (P, T).
En qué grado se produce la reacción(Termodinámica).
A qué velocidad (Cinética).
Qué fases se encuentran presentes en la reacción.
Todos estos factores se tendrán que controlar por medio del reactor químico, que es donde se realizará la reacción.
Funciones principales de los reactores químicos.
Los reactores químicos tendrán como funciones principales:
Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del aparato,para conseguir la mezcla deseada de las fases presentes.
Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el catalizador, en su caso, para conseguir la extensión deseada de la reacción.
Permitir condiciones de presión, temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos termodinámico y cinético dela reacción.
Modelos de Flujo.
 Existen dos tipos básicos de contacto o modelos de flujo:
Modelo de mezcla perfecta (reactores de tanque agitado).
Modelo de flujo en pistón (reactores tubulares).
Estos modelos vienen representados en la Figura siguiente. Los reactores reales presentan características parciales de ambos modelos. En la práctica será difícil evitar difusiones axiales y radialesen los reactores tubulares, así como segregaciones y caminos preferenciales en los reactores de tanque agitado.
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Tipos principales de reactores químicos.
El curso se dedicará principalmente al estudio de los reactores ideales. Estudiaremos tres tipos de reactores ideales:
Reactor Discontinuo Ideal.
Reactores ideales de flujo estacionario:
Tanque Agitado.
Flujo Pistón.
 Estosreactores vienen representados en la siguiente figura:
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Si bien los reactores de flujo pistón y de mezcla perfecta anteriores son de flujo estacionario, podemos trabajar también con reactores de flujo no estacionario. Dentro de estos últimos estarían los reactores semicontínuos. Existe una gran variedad de reactores de este tipo, dependiendo de lo que queramos obtener.
Veamos algunosejemplos.
1) Volumen y composición variable.
                
2) Volumen y composición variable.
                
3) Volumen constante y composición
                
Modelo matemático de la operación unitaria química.
Hasta ahora hemos considerado el diseño de reactores desde un punto de vista cualitativo y de las consideraciones a tener en cuenta en su diseño. Sin embargo en la prácticatenemos que cuantificar una seria de variables del proceso como son:
Caudales.
Temperaturas (necesaria para superar por ejemplo la energía de activación de reacción).
Presión de operación, ...
Con toda esta información se podrá entonces decidir:
Las dimensiones del equipo.
Materiales de construcción.
Necesidad de calefacción, refrigeración, compresión, etc.
El cálculo de estas variables serealizará basándose en:
LEYES GENERALES
Conservación de materia.
Conservación de energía.
Conservación de la cantidad de movimiento.
En forma general estas ecuaciones se representan mediante la ecuación:
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ECUACIONES QUE RELACIONAN VARIABLES DEL SISTEMA.
Estas son:
Las ecuaciones de estado de las sustancias del sistema.
Las leyes de equilibrio físico o químico (relacionesentre fases, constantes de equilibrio químico, etc.). Aplicables cuando el sistema esté en equilibrio.
Las leyes cinéticas o de velocidad. Aplicables cuando el sistema no se encuentra en equilibrio.
       
El conjunto de todas estas ecuaciones constituye el MODELO MATEMATICO del sistema. La resolución del mismo permitirá conocer los valores de todas las variables del sistema que intervienen,...