REACTORES IDEALES TIPOS
REACTORES IDEALES ECUACIONES DE DISEÑO d ( Fc)
PFR:
CSTR:
RR:
dV
= r (c)
dc d τ
= r ( c )
c(o) = co
Fc − F oco = Vr (c)
c − c o = τ r ( c ) c(o) = co
d ( Fc)
( R + 1)
dV
= r (c)
c(o) =
( RFc+ F OcO ) RF + F O
dc d τ
c(o) =
= r ( c )
( Rc + cO ) R +1
REACTORES IDEALES TIEMPOS DE RESIDENCIA
REACCION AUTOCALITICA REACTORES IDEALES REACCION:
A + B → 2 B
CONDICIONES:
Isotérmica, Fase líquida (densidad constante)
ECUACION DE VELOCIDAD:
r A = − kC A C B
CONCENTRACIONES INICIALES:
C A(o) = 0.99 mol A / litro C B(o) = 0.01 mol B / litro
CONCENTRACION FINAL:
CB = 0.95 mol B / litro
BALANCE DE MATERIA:
C A + C B = 1.0
⇒ r = −kC A (1 − C A ) REQUERIMIENTO:
Reactor con menor
τ
REACCION AUTOCALITICA REACTORES IDEALES CONDICIONES DE FRONTERA: C A(o) = 0.99 mol A / litro;
CSTR: τ =
C A − C Ao r A
=
C A = 0.05 mol A / litro
C Ao − C A
2C A (1 − C A )
= 9.895segundos
PFR: τ
0.05
dC A
0.99
r A
=∫
0.05
dC A
0.99
2C A (1 − C A )
= −∫
=3.77 segundos
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE CONCEPTO DE HORN (1964) “Variables como el flujo de reciclo y la concentración del producto forman un espacio que en general puede dividirse en una región físicamente posible y una región físicamente no posible. La región físicamente posible corresponde a la totalidad de los reactores físicamente posibles. Cuando se conozca la trayectoria frontera de la región el reactor óptimo que corresponde a un cierto requerimiento puede hallarse mediante consideraciones geométricas simples”
Condición de convexidad (Mezclado de puntos) c * = (1 − λ ) c1 + λ c2 *
0≤
λ ≤ 1
c es un punto no extremo en la región, c 1 y c2 son puntos extremos.
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE CONCEPTO DE HORN (1964) Propiedades geométricas de la región físicamente posible: (Glaser, Crowe and Hildebrandt, 1987) 1. La región físicamente posible debe ser convexa. 2. Los vectores reacción sobre la frontera de la región físicamente posible no pueden apuntar hacia fuera de la región. La región puede extenderse mediante reactores PFR cuyas trayectorias son siempre tangentes a los vectores de velocidad 3. Los vectores reacción invertidos en el complemento de la región físicamente posible no pueden apuntar hacia atrás en la región físicamente posible. Esto asegura que la región no puede extenderse por un CSTR, porque este es representado en la región por una línea que termina en el alimento y concentraciones de salida y el vector de velocidad de reacciones en la salida del CSTR es colinear con esta línea
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE REACCION DE VAN DE VUSSE k 1
k 2
k 3
REACCIONES: A→ B →C ; 2 A → D −1 k 1 = k 2 = 1 seg k 3 = 1 litro / mol − seg CONDICIONES: Isotérmica VECTOR DE VELOCIDADES DE REACCION: r ( C ) =
− C A − C A2 , C A − C B , C B , C A2
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE REACCION DE VAN DE VUSSE REACTOR PFR: Velocidad de reacción relativa: dC B dC A
=
r B r A
=
C A − C B
− C A − C A2
Transformación en función de XA y XB
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE REACCION DE VAN DE VUSSE REACTOR PFR: Velocidad de reacción de A: dC A d τ
= − C A − C A2
Transformación en función de XA
REACCION DE VAN DE VUSSE 4.5
0.35
XB = 0,3144 4.0
0.30
3.5 0.25 3.0 2.5
0.20
2.0
0.15
XB
1.5 0.10
τ = 0,9 1.0
0.05
0.5 0.0
0.00 0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
XA
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE REACCION DE VAN DE VUSSE REACCIONES: k 1 f
k 2
A ↔ B → C k 1 r
k 1 f = 0 . 01
k 3
;
k 1r = 5
2 A → D k 2 = 10
k 3 = 100
CONDICIONES: Reversible VECTOR DE VELOCIDADES DE REACCION: Sea
C
(C
C
)
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE REACCION DE VAN DE VUSSE REACTOR PFR: Velocidad de reacción relativa: dC B dC A
=
r B r A
=
0 . 01 C A − 15 C B
− 0 . 01 C A + 5 C B − 100 C A2
Solución por el método de Euler
REDES DE REACTORES REGION ASEQUIBLE REACCION DE VAN DE VUSSE REACTOR CSTR: Velocidad de reacción relativa: C B − C Bo C A − C Ao
=
r B r A
=
0 .01C A − 15 C B
− 0 .01C A + 5C B − 100 C A2
Solución cuadrática
C B =
0 .01C A − 15 ( C A − 1) + 100 C A2 +
[ 0 .01C A + 15 ( C A − 1) − 100 C A2 ] 2 − 4 ( 5 )[ 0 .01C A ( C A − 1)] 10
REACCION DE VAN DE VUSSE 1,4E-04
1,2E-04
1,0E-04
8,0E-05 B
C 6,0E-05
4,0E-05
2,0E-05
0,0E+00 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
CA
0,6
0,7
0,8
0,9
1
