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Introduccin

La principal funcin de un reactor qumico es asegurar el tipo de contacto o modo de

fluir de los reactantes en el interior del tanque, para conseguir una mezcla deseada con los

materiales reactantes de tal forma que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones

qumicas; adems de proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y

con el catalizador, para conseguir la extensin deseada de la reaccin; permitir condiciones

de presin, temperatura y composicin de modo que la reaccin tenga lugar en el grado y a

la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos termodinmicos y cinticos de la reaccin

Los reactores reales son extremadamente comple!os con m"ltiple reacciones, m"ltiples

fases, diferentes patrones de flu!o y m"ltiples corrientes de salida y entrada por lo que es

muy importante tener conocimiento sobre reacciones qumicas, las funciones principales de

cada reactor y las principales desviaciones del modelo de flu!o real respecto al ideal

tomando en cuenta las zonas #uertas, los cortocircuitos y las canalizaciones

Los procesos reales involucran m"ltiples reactores $sto puede ser simplemente reactores

en serie con diferentes conversiones, temperaturas de operacin o catalizadores sin

embargo los reactores no ideales; consideran el patrn de flu!o, la existencia de zonas

muertas dentro del reactor donde el material no circula, adems de una dinmica de fluidos

ms comple!a

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%na reaccin qumica es todo aquel proceso mediante el cual una sustancia quimica se

transforma en otradiferente originndose en un reactor qumico como el equipo capaz de

desarrollar una reacccin qumica en su interior $n su interior ocurre un cambio debido a

la reaccin qumica y estan dise&ados para maximizar la conversin y selectividad de la

reaccin con el menor costo, tiempo,y mayor eficiencia posibles

'lasificacin de los reactores(

)eg"n las fases que albergan(

*eactores +omogneos( tienen una "nica fase, lquida o gas

*eactores +eterogneos( tienen varias fases, gasslido, lquidoslido, gaslquido,

gaslquidoslido

Los reactores qumicos tienen como funciones principales(

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- .segurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del tanque,

para conseguir una mezcla deseada con los materiales reactantes

- /roporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el catalizador,

para conseguir la extensin deseada de la reaccin

- /ermitir condiciones de presin, temperatura y composicin de modo que la reaccin

tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos termodinmicos

y cinticos de la reaccin

0iferencias entre reactores ideales y no ideales(

Los reactores ideales son aquellos en que el tiempo de residencia es igual para todos los

elementos 1lo cual solo es rigurosamente cierto para reactores discontinuos2

$l comportamiento real de los equipos se desva siempre de situaciones idealizadas, existen

tres factores interrelacionados que configuran el contacto o patrn de flu!o

3ipo de flu!o en reactores reales(

/ara caracterizar el tipo de flu!o en un reactor real, se estudia la respuesta transitoria a un

cambio brusco de concentracin a la entrada, en ausencia de reaccin qumica /ara realizar el

estmulo se emplean sustancias compatibles con el fluido de mezcla y fcilmente analizables

1trazadores2, y seg"n el tipo de perturbacin +ay dos curvas tpicas de respuesta(

'urva 4( respuesta a un escaln 1cambio brusco y sostenido de la concentracin de

trazador a la entrada2, que suele generalizarse con 45c6coy 5t61767o2

/ara un reactor perfectamente agitado, el balance al trazador es( 7o1coc2578c6t,

e integrando resulta la exponencial asinttica( 45 9e

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'urva '( respuesta a un impulso 1cambio brusco e instantneo a la entrada del

reactor2, que se generaliza en este caso con co5 m67, siendo m la cantidad de

trazador inyectado

#odelo de flu!o en reactores reales

$n el caso de los reactores +omogneos isotrmicos1flu!o de pistn2, para predecir el

comportamiento de los mismos debe tenerse en cuenta dos aspectos(

La velocidad a la cual el fluido modifica su composicin, en funcin de la cintica de

reaccin

$l modo como el fluido pasa a travs del equipo, o sea el comportamiento fluido dinmico

del reactor

)e +a estudiado +asta el momento dos tipos de flu!o ideales para reactores continuos( el

reactor de mezcla completa y el reactor flu!o pistn

$l comportamiento de reactor ideal de mezcla completa supone que el fluido tiene

propiedades 1composicin, temperatura, etc2 idnticas en todos los puntos del reactor )e

asume entonces que la agitacin es tal que la mezcla es perfecta en todos los puntos del

reactor

/or otra parte el comportamiento de flu!o pistn ideal se logra si se cumple que(

a2 La velocidad de flu!o msico del fluido y las propiedades del mismo 1presin,

temperatura, composicin2, son constantes o uniformes en cualquier seccin transversal

normal al movimiento global del fluido

b2 La difusin en la direccin longitudinal 1en la direccin de flu!o2 es despreciable frente

al movimiento convectivo del fluido

$n la prctica pueden obtenerse situaciones razonablemente similares a las condiciones de

idealidad )in embargo es necesario determinar de manera ms o menos cuantitativa el

apartamiento de la idealidad y las posibles consecuencias sobre el funcionamiento delsistema 1conversin, produccin, costos2

4actores influyen en el apartamiento de la idealidad, por e!emplo(

0ise&o geomtrico del reactor

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#ezclado y agitacin

7iscosidad del fluido

0istribucin de relleno en lec+os empacados

)e constatan frecuentemente dos tipos particulares de apartamiento de la idealidad(

canalizaciones( cuando parte de los elementos del fluido pasan a travs del recipiente ms

rpido que otros

espacios muertos( cuando determinadas zonas del reactor act"an como estancas,

disminuyendo el volumen "til del equipo $stas zonas o espacios muertos pueden tener

lugar, por e!emplo en la base de tomas manomtricas o esquinas rectas

La magnitud de la no idealidad es un aspecto no controlable en los cambios de escala; esto

es, el apartamiento de la idealidad puede ser muy diferente en dos escalas distintas, lo que

puede conducir a errores graves en el dise&o

PROBLEMA1

)uponer que se dispone de los siguientes datos de concentracin - velocidad de reaccin(

(mol/L) :,:< :,:=>= :,:>= :,:

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,@ :,?= :,9=A

>,A :,9? :,:>= :,:>>

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PROBLEMA2

'alcular la cantidad de catalizador necesario en un reactor de lec+o empacado con una

relacin de recirculacin muy grande 1suponer tanque agitado2 para la conversin de = de

. en * y con una velocidad de alimentacin de ?::: mol6+ de . puro a ,? atm y 99> B'

/ara la reaccin a esta temperatura,

0onde, y

SOLUCIN

$n el caso de tanque agitado

'on una conversin de = C, la concentracin del reactivo es(

$ntonces;

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'onclusin

Los reactores reales no se a!ustan a las situacin idealizada por lo que presentan

desviaciones que llevan a resultados diferentes en los predic+os por la idealizacin,

aunque siempre limitados entre los dos extremos ideales

$s necesario considerar el modelo de flu!o y contacto real para poder tener el

modelo de reactor real que permita +acer predicciones correctas

$n un reactor real no existe verdaderamente un espacio muerto, ya que a"n en una

regin completamente inmvil existe transporte de masa por difusin molecular

)in embargo para fines prcticos pueden considerarse zonas muertas aquellas

donde el fluido se mueve con muc+a lentitud comparado con el resto

Los reactores reales son extremadamente comple!os con m"ltiple reacciones,

m"ltiples fases, diferentes patrones de flu!o y m"ltiples corrientes de salida y

entrada

Los procesos reales involucran m"ltiples reactores $sto puede ser simplemente

reactores en serie con diferentes conversiones, temperaturas de operacin o

catalizadores lo que interviene en un reactor qumico

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Eibliografa

1. www.areaciencias.com/quimica/que-es-reactor-quimico.htm

2. F/04G*$.'3H*$) *$.L$) #H0$LH 0$ 4L%H $J

www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas2.pdf

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ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion.../tflujo.doc

@/04G'ap@4lu!o no ideal H'K %/#ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion.../cap4.pd

http://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas2.pdfhttp://ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion-quimica/contenidos/OCW/EP/tflujo.dochttp://ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion-quimica/contenidos/OCW/LO/cap4.pdfhttp://ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion-quimica/contenidos/OCW/EP/tflujo.dochttp://ocw.upm.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion-quimica/contenidos/OCW/LO/cap4.pdfhttp://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas2.pdf