Prof. Ing. Rubén Darío Marcano C. Es una operación no estacionaria en la que la composición va variando con el tiempo.

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1 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA NUCLEO FALCÓN SEDE PUNTO FIJO Prof. Ing. Rubén Darío Marcano C. Es una operación no estacionaria en la que la composición va variando con el tiempo. Es un reactor que maneja como variable fundamental el tiempo de reacción La composición es uniforme en todos los puntos del reactor en cualquier instante 1

2 Debido a que la composición es constante en todos los puntos del reactor podemos efectuar un balance diferencial y generalizarlo a todos el reactor Entrada de Reactante Elemento de volumen Salida de Reactante Reactante acumulado dentro del elemento Reactante que desaparece dentro del Elemento Considerando una reacción dentro del reactor de la forma: Del balance global tomando a A como referencia: Entrada = Salida + Desaparición + Acumulación Velocidad de desaparición del reactante A dentro debido a la reacción química = - Velocidad de Acumulación del reactante A dentro debido a la reacción química 2

3 En función de la conversión: Despejando en Integrando se obtienen las Ecuaciones de Diseño del Reactor Considerando t 0 =0 Volumen en Función de la Conversión; V=f(x): t: tiempo necesario para alcanzar una conversión Volumen en Función del tiempo; V=f(t): Si la densidad permanece constante (Volumen Constante, ó ε=0): Si la densidad es variable (fases gaseosas, ó ε 0): En la Mayoría de las reacciones en la industria los reactores son de volumen constante o la variación en la densidad se considera despreciable, como lo son los reactores de bomba de laboratorio, lo que los hace ideales para estudios de cinética y reacciones a pequeña escala. Lo anterior es posible si consideramos las reacciones en fase gaseosa en recipientes rígidos, observándose la variación en la presión o reacciones en fase líquida donde no se ve alterado en forma apreciable por la dilatación o contracción del fluido. 3

4 Análisis gráfico del sistema reaccionante: Podemos calcular el volumen a partir del área que describe la función Este es conocido como reactor de flujo en mezcla completa (RFMC) o por sus siglas en ingles, Constant Stirred Tank Reactor (CSTR) Considerando una reacción del Tipo: Debido a que el tanque esta continuamente agitado la composición es uniforme en todo el reactor por lo que el balance de moles puede generalizarse del elemento de volumen al reactor en forma global 0 0 =0 F A0 v 0 f = f = (-r A ) V F A v f (-r A ) f =(-r A ) F A = v 0 4

5 Entrada = Salida + Desaparición + Acumulación Entrada de moles de A: Salida de moles de A: Desaparición por reacción: 0 Del Balance de moles: De la tabla estequiométrica: Igualando: Ecuación de Diseño de un Reactor CSTR: Volumen del Reactor: Tiempo espacial (τ): tiempo que se requiere para procesar una unidad de volumen, este se usa comúnmente para expresar el tamaño del reactor, es decir, mayor tiempo espacial, mayor volumen. El tiempo espacial se expresa como: Velocidad Espacial (S): se refiere a la velocidad con la que se procesa una unidad de volumen. Aplicando la definición de tiempo espacial a un reactor CSTR En este reactor hay que tomar en cuenta que la concentración es uniforme en todo el volumen de reacción y es igual a la concentración de salida del reactor, lo mismo sucede con la velocidad de reacción la cual es considerada según la conversión o concentración final del reactor por lo que se indica como r Af Tiempo de retención: se define como el volumen del reactor entre el caudal, no considera los efectos de la expansión, solo muestra el tiempo en que los reactivos permanecen en el recipiente. 5

6 Si la alimentación se encuentra parcialmente convertida: xaf: Conversión Final XA0: Conversión inicial Ecuación de diseño del reactor en términos de concentración: Análisis gráfico del sistema reaccionante: Por definición la integral de una función es el área bajo la curva

7 Técnicamente es un tubo en el cual transcurre la reacción a medida que los reaccionantes pasan a través de el, se considera como un flujo tampón o Pistón ya que los elementos reaccionantes se desplazan en el reactor sin adelantamientos ni retrocesos, es decir estos se desplazancomoenfilas.elflujosemanejaaunavelocidadtalquenoexistaretromezclado entre los componentes. La composición en el reactor varia a lo largo de este, así como el grado de avance de la reacción o conversión de los reactivos, por lo que el grado de conversión va directamente ligado al tamaño del reactor, sea que este se considere en longitud si se posee un diámetro fijo o en diámetro del reactor si la longitud es fija. Debido a que la composición no es uniforme en el reactor este se debe analizar de forma diferencial mediante un elemento de volumen. 0 0 =0 F A F A + d F A F A0 + d F A v 0 v f d Distancia 0 Entrada = Salida + Desaparición + Acumulación Entrada de moles de A: Salida de moles de A: Desaparición por reacción: Uniendo el balance de moles en el elemento de volumen De la tabla estequiométrica Ecuación de Diseño de un reactor PFR 7

8 Análisis gráfico del sistema reaccionante: Podemos calcular el volumen a partir del área que describe la función