UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA INGENIERÍA QUÍMICA INGENIERÍA DE REACTORES REACTORES BATCH Y SEMIBATCH ALUMNAS: QUITO GALINDO GIOVANNA ZAMORA DE LUCIO SONIA ELVIRA REACTOR BATCH Durante la operación del reactor discontinuo no existe intercambio de materia con el exterior, se alimentan los reactantes de una vez, y cuando la reacción se ha efectuado se retira todo el contenido del reactor. En este sistema la temperatura, presión y composición pueden variar a lo largo del tiempo de operación. . CARACTERÍSTICAS Las característica de los reactores batch ( conocidos también como intermitentes o por lotes) son: 1) Las reacciones químicas se llevan a cabo en un sistema cerrado. la masa reactiva se descarga a un mismo tiempo. 4) Operan a régimen inestable. 2) Todos los reactivos son cargados al reactor al inicio de la operación. 3) Al final de la operación. . liquido con extensas superficies de contacto. El costo de operación es mayor que el de los reactores Es mas versátil que un reactor continuos. Requiere un ciclo de operación El costo inicial es menor que el complicado. VENTAJAS DESVENTAJAS Su operación es sencilla. continuo. Por lo general estos reactores tienen un agitador que mejora la transferencia de calor sobre todo en sistemas gas. de los reactores continuos. . e) Cuando se desea obtener productos muy puros. c) Para estudios cinéticos de laboratorio. cloración . . nitración. polimeración. d) Se utiliza para cuando el tiempo de residencia es muy grande y con esto se logra una mejor calidad. APLICACIONES Son especialmente adecuados para las reacciones de hidrogenación. USOS a) Son usados generalmente para líquidos b) Cuando se desea una producción pequeña. sulfatación y especialmente para la oxidación de productos orgánicos. la composición es idéntica en isotérmico todos los puntos del reactor (solo sistemas Reactores ideales) Batch El rendimiento de estos reactores dependerá del No isotérmico calor de reacción y de la energía de activación del sistema. . Suponer que para cada tiempo de operación. P Y T son despreciables. al igual que la temperatura y presión. la concentración de cualquier especie reactiva. . se consideran los gradientes de C. llevando el diseño de dicho reactor a un plano ideal. Diseño de un reactor batch La consideración que se toma generalmente en le diseño de un reactor batch es la de suponer que la mezcla reactiva esta bien agitada y por ende. Es decir. tendrán el mismo valor a un tiempo determinado de reacción en cualquier punto del reactor . BALANCE ESTEQUIOMÉTRICO Planteamiento del balance de materia A + 2B C+D . . diseño o bien ………. moles de reactante convertido por unidad de volumen y unidad de tiempo. Ecuaciones de diseño para Reactor batch ideal Balance: aplicado al reactante A moles reaccionados = moles acumulados . Ec..……… (1) el valor del tiempo de operación será: ……… (2. = velocidad de reacción . moles de reactante convertido dividido entre el total de moles cargados al reactor mt.a) …. Θ= tiempo medio desde el principio de la reacción Ρ= densidad de la mezcla de reacción ρ= mt/V . mt = moles totales cargados al reactor X´= conversión para tiempo θ . V= volumen ocupado por la mezcla reaccionante. b) Donde C0=m/V es la concentración inicial del reactante y como C= C0 (1-x) . De a cuerdo con las definiciones mt x´=mx Por lo tanto . frecuencia es mas conveniente utilizar otra expresión de la conversión Con (x) definida como los moles de reactante convertido dividido entre los moles cargados de dicho reactante (m).c) . dC= -C0 dx La ecuación de balance puede expresarse de la forma siguiente: ……………(2. la ecuación de diseño puede quedar en la forma siguiente Si el volumen de la mezcla reaccionante se considera constante: ……….. (2. Tiempo de residencia Ec. �+ Si la densidad de la mezcla reactiva es constante la ecuación anterior se reduce a : �+ Ecuación de diseño para un reactor intermitente ideal a volumen constante < > =. Generales Tiempo de residencia = �= volumen / flujo volumétrico Para reactores intermitentes .d< > / dθ Si se supone agitación perfecta. descarga . la ecuación anterior se transforma a : . etc.donde = tiempo carga .limpieza. . BALANCE MACROSCÓPICO DE ENERGÍAQUE INVOLUCRA SISTEMAS DE REACCIÓN QUÍMICA . . . 3 moles /L Concentración de acetato de plata = 0. benzaldehído como indicador y acetato de palta como catalizador . utilizando aire como medio oxidante. EJERCICIO La oxidación de tolueno a acido benzoico en fase liquida ha sido estusiada en un reactor discontinuo provisto de agitación. La reacción química dique una cinética de primer orden.01 moles / L Se obtiene una selectividad media a acido benzoico de 80%. Velocidad de reacción Donde : k= 6. con respecto a la conversión de tolueno . .1x 10-6 s-1 Para T= 160°C Operando a las condiciones experimentales siguientes: P= 20 atm Agitación = 300 rpm Flujo de aire =160 L/h Concentración inicial de tolueno = 9. descarga y limpieza del reactor es de horas ¿Qué volumen del reactor será necesario para fabricar kg/día de acido benzoico (operando 6 horas/día )? Solución : Ecuación de diseño = .Se desea obtener una concentración de 90 g/L de acido benzoico ( concentración considerada máxima con objeto de evitar la cristalización de dicho acido en la instalación). ¿Qué tiempo de operación se necesita? Si el tiempo de carga. evaluando con los datos se obtiene Peso molecular del acido benzoico = 122.80 horas .2 g/mol Concentración de acido benzoico Cantidad de tolueno transformada sin transformar = = x= = = 0.0989 (10%) Sustituyendo datos a la ecuación integrada θ(6.1) Θ= 17272 seg = 4.1x 10-6 s-1 )= In(1-0. 92 moles .2 h = 6h Por cada 6 horas se estará produciendo 50 kg de acido benzoico El numero de moles de tolueno convertidos será de: Puesto que por cada litro se convierte 0.2)= 667.3 L + 56.6 L . el volumen total será V= 556.80 h +1. El tiempo total invertido en cada carga será 4.3 L( 0. el volumen necesario de la masa reaccionante será Si se supone que un 20% de este volumen es suficiente para la cámara de aire y la expansión producida por la agitación . REACTORES SEMIBATCH O SEMICONTINUOS Las características de este tipo de reactores son las siguientes: a) Son reactores tipo tanque con agitación. Con lo cual estamos considerando un comportamiento ideal. . Una consideración que generalmente se toma en este tipo de reactores es la de suponer que la mezcla está bien agitada. b) Operan a régimen inestable. b) Alto costo de operación. c) La concentración de uno de los reactantes se puede mantener baja. . VENTAJAS Y DESVENTAJAS Algunas ventajas de este tipo de reactores son las siguientes: a) Su operación es semicontinua. Algunas desventajas de este tipo de reactores son las siguientes: a) Producción pequeña. b) Se puede tener un buen control de la temperatura. c) Cuando se debe tener una concentración baja de uno de los reactantes. b) Para reacciones muy exotérmicas. El reactor semicontinuo se utiliza en los siguientes casos: a) Para reacciones homogéneas en fase liquida. . BALANCE DE MATERIA PARA UN REACTOR SEMIBATCH Número de moles . Concentración Conversión . Tomando en cuenta la densidad constante se tiene : . Ejemplo Conversión Número de moles Concentración . Editorial trillas .pdf .upm. 37 Reactores batch ideales isotérmicos pág. Introducción al análisis ingenieril de los reactores químicos . 195 Reactores semibatch http://umich. 144-148 Reactores batch ideales no isotérmicos pág. Editorial limusa . no ideales y líquidos en solución ideal pág. Diseño de reactores químicos . Lazcano Ricardo . Ramón. BIBLIOGRAFIA Blanco Álvarez Jesús . L.htm http://www.diquima. México 1981 Reactores batch ideales pág.edu/~elements/asyLearn/bits/semibatch/index. 109-114 Balance de energía reactor batch para gases ideales . .es/old_diquima/docencia/modysim2000/docs/09. México 1978 Complementación de teoría De la peña M. 151-157 Para diseño optimo de reactores batch pág.