Tema_1 Reactores Ideales - Balance de Materia

TEMA 1. CLASIFICACIÓN DE REACTORES DE FLUJO IDEAL. RESOLUCIÓN DEL BALANCE DE MATERIA Diseño de un reactor: tipo, tamaño, condiciones de operación más adecuadas - R. discont discontinuo inuoss TIPOS:

- R. flujo flujo estaciona estacionario rio - R. flujo no estacionario estacionario semicon semicontinuos tinuos

Diseño: Resolución de los balances de conservación (materia, (materia, calor, cantidad de movimiento)

Balance de materia: E en un elemento de volumen

S =

A

D

en un elemento de + en un elemento de reacción química + volumen volumen

Balance de calor: E

=

S

D +

por reacción

+

A

Reactor discontinuo: E

S

=

0

D +

por reacción

+

0 vel. desaparición de A por reacción química

ρ=cte

=

=

-

vel. de acumulación de A en el reactor

 ( ) ∙  =       =  0 () ∙       0 () =  () 

A

Tiempo espacial y velocidad espacial

 1 ==  1 ==

tiempo necesario para tratar un volumen de alimentación igual al volumen del reactor

nº volúmenes de alimentación que puede tratarse en la unidad de tiempo

= tiempo = tiempo

-1

 ∙     =  =  Reactor de flujo de mezcla completa en estado estacionario: 0

E

=

S

+

 E: F Ao(1-x Ao )=F Ao S: F A=F Ao(1-x A )  R: (-r A ) V

 =  = ∆  =       ( ) ( )

D por reacción

+

 F Ao x A=(-r A ) V

A

       =  =  =  = () 1

  =  

 = ∆ =    () ()           =  = ()   Densidad constante ,  = 1     =  =    ;  =  =  =     () ()  () ()

 n=1 si

   −    = 1− =  

 = (1 + )

 = 0

 = 1−  1+

(1 +   )    = 1  

Reactor de flujo pistón en estado estacionario: 0

E

=

S

D +

por reacción

+

 R: (-r A ) V  F A= (F A+dF A ) + (-r A ) dV  dF A= d[F Ao (1-x A )] = -F Ao dx A  F Ao dx A = (-r A ) dV

           = = =  ; ∫0  ∫0 (−)   ∫0 (−)     =  =  0 ()

A

  =  

 =  =      ()     =  =   ()   −   =  Densidad constante ,  = 1       =  =   =  1       0 ()    ( )           =  =   0 ( ) =   ( )   ,

 Ejemplos: n=0 =

n=1

     .  =  =   A→Productos  = .  = (1 + )(1  )  

n=1

reversible A

↔

rR ,

 =  ,  = . 

) = 1  2    +  1 =  +  �(1 + )1      n=2 irreversible A+B Productos ,  =  . (

→

2A →Productos

  = 2(1 + )(1  )  2 + ( + 1)2

 1  

Tiempo de residencia y tiempo espacial Reactor de mezcla completa

 = 1 / ;

A →3R;

 = 50% ;  = 2 /

 =  = 11  =1s   1 1  = (1 +   ) =  = 2 / = 2 

Tiempo espacial:

/

Reactor de flujo pistón

 1   =  = 1 / =1s 1

  = 2  ~ 1 ó