Reactores Capítulo 11 04 de Marzo de 2014 B.Q María Chaves Villalobos
Generalidades Cuando los Fluidos son no homogéneos, ocurren fenómenos para minimizar las diferencias de concentraciones El tiempo para que un contaminante se distribuya homogéneamente es variable. Una sustancia comúnmente reacciona física, química y biológicamente.
3 tipos de reactores 1. Reactor de Cochada de Mezcla Completa 2. Reactor de Flujo Continuo y Mezcla Completa 3. Reactores de Flujo de Pistón
1.Reactor de Cochada de Mezcla Completa Figura 1. Esquema del Reactor de Mezcla Completa
Reactor de Cochada de Mezcla Completa Sistema cerrado, comúnmente se utiliza en laboratorios. Conforme la reacción avanza la composición y distribución de los productos y reactantes es variable. Como no hay entradas ni salidas la reacción se puede expresar:
Reactor de Cochada de Mezcla Completa Acumulación = Generación (Tasa de cambio en la masa = (Tasa de desaparición o formación del del reactante dentro del reactor) reactante dentro del reactor)
Reactor de Cochada de Mezcla Completa
2. Reactor de Flujo Continuo y Mezcla Completa Reactor ideal, el afluente se mezcla de forma instantánea y completa con el contenido del reactor, dispersando de inmediato las partículas del afluente en el reactor. El Tanque tendrá un contenido homogéneo y composición uniforme en su volumen, por tanto la concentración del efluente es idéntica a la del licor mezclado
2. Reactor de Flujo Continuo y Mezcla Completa Figura 2. Reactor de Flujo continuo y Mezcla Completa
2. Reactor de Flujo Continuo y Mezcla Completa Remoción de DBO en este reactor:
2. Reactor de Flujo Continuo y Donde tenemos: Mezcla Completa
Reactor de Flujo Continuo y Despejando Mezcla Completa
2. Reactor de Flujo Continuo y Mezcla Completa Con la ecuación anterior se permite calcular el tiempo del reactor y por tanto el volumen del reactor de flujo continuo y mezcla completa, para una eficiencia de remoción de DBO, determinada.
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie Figura 3. Esquema de reactores de Mezcla completa en serie
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie Para los reactores en serie la concentración remante del primer reactor será:
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie Para los reactores en serie la concentración remante del segundo reactor será:
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie Para los reactores en serie la concentración remante de n reactores será:
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie El tiempo de retención total del sistema requerido para una reducción especifica de DBO es:
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie El Volumen total requerido para una remoción de DBO es:
2.1 Remoción de DBO en reactores de mezcla completa en Serie De la ecuación anterior se puede deducir que a un valor especifico de Cn, a mayor número n de reactores en serie, corresponde un volumen menor del sistema de reactores. Dicho sistema se aproxima al de un reactor de flujo de pistón.
3. Reactor de Flujo de Pistón Reactor ideal, las partículas del fluido viajan a lo largo del reactor sin mezclarse. Se descargan en la misma secuencia que como entraron. No existe Mezcla Se obtiene en tanques largos El fluido al entrar al reactor se cierra en paquetes herméticos que viajan a lo largo del tanque, sin transferencia Se puede considerar una secuencia de mini reactores
3. Reactor de Flujo de Pistón Figura 4. Reactor de Flujo en Pistón
3. Reactor de Flujo de Pistón Con base a lo anterior el modelo de remoción de DBO, obedece al de un reactor por cochada:
3. Reactor de Flujo de Pistón Despejando se obtiene:
3. Reactor de Flujo de Pistón Despejando Ce tenemos:
3. Reactor de Flujo de Pistón Teóricamente el tiempo de reacción t, es igual al tiempo de retención hidráulico, por tanto si invertimos el signo de menos, y cambiamos las concentraciones obtenemos: Y al suponer que t y cita son iguales:
3. Reactor de Flujo de Pistón Los reactores de mezcla completa requieren mayor volumen que reactores de flujo de pistón para la misma eficiencia. El tiempo de Reacción de Mezcla completa debe ser mayor que el de un reactor de flujo de pistón para la misma eficiencia. A mayor número de reactores de mezcla completa el volumen se aproxima al de un reactor de flujo de pistón, para la misma eficiencia. El reactor de flujo de pistón es más eficiente que el de mezcla completa.
Remoción de cinética de Segundo Orden La remoción de la DBO, ocurre de la siguiente forma: Donde: C: Cantidad de DBO remanente para el tiempo t, (mg/l) K: Constante de remoción de DBO de segundo Orden (l/(mg)d)
Remoción de cinética de Sustituyendo r: Segundo Orden
Remoción de cinética de Integrando: Segundo Orden
Remoción de cinética de Segundo Orden Recordando que teóricamente el tiempo de reacción t, es igual al tiempo de retención hidráulico :
Remoción de cinética de Segundo Orden Para MEZCLA COMPLETA es similar:
Remoción de cinética de Segundo Orden Resolviendo la ecuación cuadrática anterior se obtiene:
Ejemplos 1. La concentración de un agua residual es reducida de 200 mg/l a 15 mg/l, en un reactor de FCMC, primer orden, Calcule el V del reactor requerido para un Q: 1000 m3/d K: 0,4/d
Ejemplos 2. Suponiendo la remoción de DBO de segundo orden K2: 0,1 l/(mg) d, determine Ce, para un reactor de 250 m3, que trata en MC: a) 1000m3/d; DBO: 200mg/l MC b) 1500 M3/d; DBO: 200mg/l MC c) 1000m3/d; DBO: 200mg/l FP d) 1500 M3/d; DBO: 200mg/l FP Cual es mas eficiente y porque?
Ejemplos 3. Un Río afluente a dos lagos en serie, contiene una DBO de 20 mg/l, Primer orden, K: 0,35 d, y los lagos son de mezcla completa, determine la DBO a la salida de cada lago. El Caudal de Río es de 4000 m3/d y los V de los lagos son: V1: 20 000m3 V2: 12 000m3 respectivamente.
Ejemplos Del problema anterior suponga que los lagos están separados 3 km, la Velocidad del río es 0,4 m/s. Calcule la concentración de DBO a la salida del Segundo lago.
Ejemplos Determinar la eficiencia de un reactor de flujo de pistón, operando en estado permanente, con un tiempo de retención de 30 min, para la remoción de un contaminante con tasa de reacción de primer orden y K: 0,15/min
Ejemplos Calcule la Eficiencia de un reactor de mezcla completa suponiendo los datos anteriores.