Reactores en fujo pistón (PFR) El fujo pistón o tapón, implica la circulación circulación de la mezcla reaccionante por un tubo con perl radial plano de velocidad, temperatura y composición. El fujo pistón se alcanza a valores muy bajos de número de Reynolds, esto sucede cuando se excede el esuerzo de cedencia verdadero, verdadero, el fujo comienza en la orma de un tapón sólido. En este tipo de fujo, la velocidad es la misma a través del dimetro de la tuber!a o del espacio anular, excepto para la capa de fuido "ue est contra la pared del conducto# es decir, cual"uier corte transversal de la sección presenta las mismas propiedades. propiedades. $uc%as veces se %ace reerencia al fujo de la pasta dent!rica dentro del tubo para describir un ejemplo de fujo tapón. El perl de velocidad del fujo tapón o pistón es plano. El reactor de fujo pistón trabaja en estado estacionario. Esto si&nica "ue las propiedades no var!an con el tiempo. 'e dice "ue un fuido circula por un tubo en fujo pistón cuando no existen &radientes radiales y cuando no %ay nin&ún tipo de mezcla (no existe diusión) axial. 'i no existe &radiente radial los perles de propiedad son planos. 'i no existe diusión axial cada elemento de fuido mantiene su individualidad en todo el reactor sin mezclarse con los elementos anteriores o posteriores. Es el caso del movimiento de un émbolo en un pistón. Estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal de pistón, y la conversión es función de la posición. En este tipo de reactor la composición del fluido varia de un punto a otro a través de la dirección del flujo, esto implica que el balance para un componente dado de la o las reacciones químicas implicadas o debe realizarse en un elemento diferencial de volumen. v olumen. Balance de materia:
pero
y
A fin de encontrar la ecuación de diseo, es necesario inte!rar la e"presión, considerando que la velocidad de alimentación es constante, sustituyendo las ecuaciones anteriores en el balance !eneral, a!rupando términos y después inte!rando, se obtiene:
#e puede observar que, a diferencia de la ecuación de diseo para el reactor $%&, la velocidad de reacción es variable, por lo !eneral para mecanismos de reacción complejos suelen usarse métodos de inte!ración !r'fica, como series de #impson, método de sumas de trapecios, cuadratura !ausiana, etc., el uso de soft(are computacional suele ser )til para estos procedimientos. &especto al balance de ener!ía, también se basa en un modelo diferencial.
*alance de ener&!a (reactor cil!ndrico)+
CARACTERISTICAS DE LOS REACTORES FLUJO PISTON
*ara este tipo de reactores, en resumen, las características son las si!uientes: a+ as reacciones químicas se desarrollan en un sistema abierto b+ -odos los reactivos se introducen continuamente y los productos se e"traen en forma continua c+ peran en ré!imen estable, por lo cual nin!una de las propiedades del sistema varía con relación al tiempo en una posición dada. d+ a temperatura, la presión y la composición varían con relación a la lon!itud del reactor. *ara el comportamiento ideal se supone que el transporte masa y calor se realizan por convención forzada y )nicamente en la dirección a"ial. Al!unas ventajas de los reactores tubulares son las si!uientes: a+ #u costo de operación es bajo comparado con el de los reactores por lotes. b+ #u operación es continua. c+ #e facilita el control autom'tico de la producción. d+ En !eneral m's eficiente que el reactor contin)o tipo tanque. as desventajas de este tipo de reactores se pueden resumir como: a+ #u costo inicial es alto. b+ /o recomendables para desarrollar reacciones que ten!an elevados tiempos de residencia. c+ El tiempo de residencia permanece fijo para un flujo dado de alimentación. Este reactor se suele utilizar en los si!uientes casos: a+ *ara sistemas reactivos que sean !ases y vapores. b+ 0uando se desea una producción !rande en forma contin)a. c+ *ara reacciones e"otérmicas o endotérmicas. d+ 0uando est'n empacados con partículas de catalizador act)an como reactores de lec1o fijo. e+ #i las partículas corresponden a un reactor, act)an como reactores 1etero!éneos sólido2!as.
