IntroducciónLa principal función de un reactor químico 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 químicas; además de proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el catalizador, para conseguir la extensión deseada de la reacción; permitir condiciones de presión, temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos termodinámicos y cinéticos de la reacción. Los reactores reales son extremadamente complejos con múltiple reacciones, múltiples fases, diferentes patrones de flujo y múltiples corrientes de salida y entrada por lo que es muy importante tener conocimiento sobre reacciones químicas, las funciones principales de cada reactor y las principales desviaciones del modelo de flujo real respecto al ideal tomando en cuenta las zonas Muertas, los cortocircuitos y las canalizaciones Los procesos reales involucran múltiples reactores. Esto puede ser simplemente reactores en serie con diferentes conversiones, temperaturas de operación o catalizadores sin embargo los reactores no ideales; consideran el patrón de flujo, la existencia de zonas muertas dentro del reactor donde el material no circula, además de una dinámica de fluidos más compleja. líquido-sólido.y mayor eficiencia posibles. líquida o gas. gas-líquido-sólido. Los reactores químicos tienen como funciones principales: . Reactores heterogéneos: tienen varias fases. gaslíquido.Una reacción química es todo aquel proceso mediante el cual una sustancia quimica se transforma en otra diferente originándose en un reactor químico como el equipo capaz de desarrollar una reaccción química en su interior. tiempo. Clasificación de los reactores: Según las fases que albergan: Reactores homogéneos: tienen una única fase. gas-sólido. En su interior ocurre un cambio debido a la reacción química y estan diseñados para maximizar la conversión y selectividad de la reacción con el menor costo. para conseguir la extensión deseada de la reacción. e integrando resulta la exponencial asintótica: F= 1-e-. – Permitir condiciones de presión. en ausencia de reacción química. Para realizar el estímulo se emplean sustancias compatibles con el fluido de mezcla y fácilmente analizables (trazadores). atendiendo a los aspectos termodinámicos y cinéticos de la reacción. para conseguir una mezcla deseada con los materiales reactantes. El comportamiento real de los equipos se desvía siempre de situaciones idealizadas. y según el tipo de perturbación hay dos curvas típicas de respuesta: - Curva F: respuesta a un escalón (cambio brusco y sostenido de la concentración de trazador a la entrada). . existen tres factores interrelacionados que configuran el contacto o patrón de flujo Tipo de flujo en reactores reales: Para caracterizar el tipo de flujo en un reactor real. se estudia la respuesta transitoria a un cambio brusco de concentración a la entrada. temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada. Para un reactor perfectamente agitado. que suele generalizarse con F=c/co y =t/(V/Vo). – Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el catalizador. Diferencias entre reactores ideales y no ideales: Los reactores ideales son aquellos en que el tiempo de residencia es igual para todos los elementos (lo cual solo es rigurosamente cierto para reactores discontinuos). el balance al trazador es: Vo(co-c)=V·c/t.– Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del tanque. que se generaliza en este caso con c o= m/V. Se ha estudiado hasta el momento dos tipos de flujo ideales para reactores continuos: el reactor de mezcla completa y el reactor flujo pistón. Modelo de flujo en reactores reales En el caso de los reactores homogéneos isotérmicos(flujo de pistón). o sea el comportamiento fluido dinámico del reactor. Sin embargo es necesario determinar de manera más o menos cuantitativa el apartamiento de la idealidad y las posibles consecuencias sobre el funcionamiento del sistema (conversión. siendo m la cantidad de trazador inyectado. en función de la cinética de reacción. b) La difusión en la dirección longitudinal (en la dirección de flujo) es despreciable frente al movimiento convectivo del fluido. El comportamiento de reactor ideal de mezcla completa supone que el fluido tiene propiedades (composición. costos).- Curva C: respuesta a un impulso (cambio brusco e instantáneo a la entrada del reactor).La velocidad a la cual el fluido modifica su composición. En la práctica pueden obtenerse situaciones razonablemente similares a las condiciones de idealidad. composición). . Se asume entonces que la agitación es tal que la mezcla es perfecta en todos los puntos del reactor.Diseño geométrico del reactor . Por otra parte el comportamiento de flujo pistón ideal se logra si se cumple que: a) La velocidad de flujo másico del fluido y las propiedades del mismo (presión. temperatura. son constantes o uniformes en cualquier sección transversal normal al movimiento global del fluido. producción. por ejemplo: . etc.El modo como el fluido pasa a través del equipo. Factores influyen en el apartamiento de la idealidad. temperatura. para predecir el comportamiento de los mismos debe tenerse en cuenta dos aspectos: .) idénticas en todos los puntos del reactor. 0575 0. Estas zonas o espacios muertos pueden tener lugar.Mezclado y agitación . PROBLEMA 1 Suponer que se dispone de los siguientes datos de concentración – velocidad de reacción: (mol/L) (mol A/h·kg cat) 0. La magnitud de la no idealidad es un aspecto no controlable en los cambios de escala.1 Directamente de estos datos.039 0..4 7.Distribución de relleno en lechos empacados Se constatan frecuentemente dos tipos particulares de apartamiento de la idealidad: . lo que puede conducir a errores graves en el diseño. SOLUCIÓN Para encontrar la cantidad de catalizador sin utilizar una expresión cinética analítica para la relación concentración .Viscosidad del fluido .4 5.2 atm. o . ) para 35 % de conversión todo a ello a 3.velocidad de reacción se requiere una integración gráfica de la ecuación de diseño para flujo pistón. disminuyendo el volumen útil del equipo. el apartamiento de la idealidad puede ser muy diferente en dos escalas distintas.6 0.092 9.canalizaciones: cuando parte de los elementos del fluido pasan a través del recipiente más rápido que otros. esto es.075 3. por ejemplo en la base de tomas manométricas o esquinas rectas.espacios muertos: cuando determinadas zonas del reactor actúan como estancas. . y sin utilizar la ecuación cinética. encontrar el tamaño del lecho empacado que se necesita para tratar 2 000 mol/h de A puro a 117 °C ( . 0575 0.156 0.3.110 0.4 7.132 0.039 0.077 0.185 0.092 0.6 9.075 0.294 0.021 Al graficar los datos disponibles Integrando gráficamente se obtiene que el área debajo de la curva es entonces Por tanto .1 0.4 5.281 0. . Para la reacción a esta temperatura. SOLUCIÓN En el caso de tanque agitado Con una conversión de 35 %. la concentración del reactivo es: Entonces. . y . Donde.PROBLEMA 2 Calcular la cantidad de catalizador necesario en un reactor de lecho empacado con una relación de recirculación muy grande (suponer tanque agitado) para la conversión de 35 de A en R y con una velocidad de alimentación de 2000 mol/h de A puro a 3.2 atm y 117 °C. Esto puede ser simplemente reactores en serie con diferentes conversiones. Los reactores reales son extremadamente complejos con múltiple reacciones. múltiples fases. Sin embargo para fines prácticos pueden considerarse zonas muertas aquellas donde el fluido se mueve con mucha lentitud comparado con el resto. Los procesos reales involucran múltiples reactores. ya que aún en una región completamente inmóvil existe transporte de masa por difusión molecular. diferentes patrones de flujo y múltiples corrientes de salida y entrada. temperaturas de operación o catalizadores lo que interviene en un reactor químico . aunque siempre limitados entre los dos extremos ideales Es necesario considerar el modelo de flujo y contacto real para poder tener el modelo de reactor real que permita hacer predicciones correctas En un reactor real no existe verdaderamente un espacio muerto.Conclusión Los reactores reales no se ajustan a las situación idealizada por lo que presentan desviaciones que llevan a resultados diferentes en los predichos por la idealización. fing..edu. [PDF]REACTORES REALES.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion.areaciencias./cap4.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas2.htm 2.[DOC]TIPOS DE FLUJO EN UN REACTOR ....pdf 3. www.upm.PDF]Cap..com/quimica/que-es-reactor-quimico.4-Flujo no ideal ./tflujo.pd .doc 4.Bibliografía 1.es/ingenieria-quimica/ingenieria-de-la-reaccion..MODELO DE FLUJO EN .upm.OCW UPM ocw. www.OCW UPM ocw.