8/7/2019 Reactor_de_flujo

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CARACTERISITICAS GENERALES

El reactor de flujo pistn trabaja en estado estacionario. Esto significa quelas propiedades no varan con el tiempo. Se dice que un fluido circula porun tubo en flujo pistn cuando no existen gradientes radiales y cuando nohay ningn tipo de mezcla (no existe difusin) axial.Si no existe gradiente radial los perfiles de propiedad son planos.Si no existe difusin axial cada elemento de fluido mantiene suindividualidad en todo el reactor sin mezclarse con los elementosanteriores o posteriores. En el caso del movimiento de un mbolo en unpistn. El flujo en pistn es una idealizacin de un determinado flujo, es unmodelo matemtico. Nos podemos aproximar a esta hiptesis si utilizamos

una mezcla de reaccin poco viscosa (as eliminamos gradientes radiales).Adems si el fluido circula a gran velocidad podemos despreciar el trminode difusin axial frente al flujo global.En un reactor de flujo pistn las propiedades no varan con el tiempo peros con la posicin en el reactor.

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ECUACION DE DISEOHemos visto anteriormente que las propiedades de un reactor deflujo pistn varan con la posicin . Por esta razn, si tenemos queaplicar balances de materia tenemos que utilizar diferenciales devolumen de reactor. Posteriormente mediante integracinextenderemos el anlisis al volumen total del reactor.

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El balance de materia aplicado al diferencial de volumen de la Fig. 6.1 esENTRA - SALE - DESAPARECE = ACUMULA

FA - (FA + dFA) - (-rA) dV = 0operando se obtienedFA = (-rA) dVEc. 6.1por la definicin de conversin para reactores en flujo :

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sustituyendo en la Ec. (6.1), nos queda:

que es la ecuacin de diseo para un reactor de flujo pistn. Es vlida tanto si existe ono variacin de caudal en el sistema. Si queremos poner la expresin anterior enfuncin de la concentracin:

Para sistemas de densidad constante, si tenemos en cuenta la definicin deconversin para reactores en flujo :

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Sicomparamos esta expresin con la obtenida para un reactor discontnuo podemos ver que ladiferencia entre ambas expresiones es que hemos sustituido el tiempo por t. Por lo tanto cuandoen un reactor discontnuo tenemos la mezcla de reaccin un tiempo igual a t en ambos casoobtenemos la misma conversin de salida para una misma reaccin qumica. El reactor de flujopistn puede ser isotrmico y no isotrmico (adiabtico o ni isotrmico nio adiabtico).

Reactor de flujo pistn isotrmicoEn los reactores de flujo pistn isotrmicos la temperatura no vara con laposicin en

el reactor. Adems vara con el tiempo por tratarse de un reactor de flujo pistn enestado estacionario. La velocidad de reaccin ser slo funcin de la conversin (ode la concentracin)

Para ese caso utilizaremos como ecuacin de diseo la expresin

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esta integral la podemos resolver de diferente manera:- analticamente- grficamente- numricamente

Utilizacin del reactor de flujo pistn para la determinacin de la ecuacincintica

El reactor de flujo pistn puede funcionar como reactor diferencial o como reactorintegral.

En modo diferencial la velocidad de reaccin se mantiene prcticamente constante alo largo de todo el reactor.Para que esto ocurra la conversin a la entrada y salida del reactor tiene que serprcticamente constante. Esto en la prtica no es posible ya que el reactorcarecera de sentido. Sin embargo nos podemos aproximar a este tipo decomportamiento diferencial trabajando a conversiones pequeas, es decirhaciendo que:

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con estos valores de concentracin obtendramos una velocidad media constantepara todo el reactor.Para conseguir este comportamiento diferencial tenemos que trabajar con valoresde V/FA0 pequeos.Cuando el reactor de flujo pistn es de tipo integral, las variaciones de velocidad dereaccin en el reactor sonapreciables. Esto se consigue con conversiones de reaccin elevadas, es decir,valores de V/FA0 grandes.Reactores de flujo pistn diferencialesPartimos de la ecuacin de diseo para un reactor de flujo pistn:

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experimentalmente tendremos que realizar ensayos modificando la concentracin deentrada C AE. Medimos experimentalmente la C AS, que ser prcticamente igual a lade entrada. Con los dos valores calculamos un valor de concentracin media, Paracada valor de concentracin media tendremos un valor de velocidad media

A continuacin aplicamos el mtodo diferencialsuponemos una y representamos

En el caso de no obtener una lnea recta suponemos una nueva

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