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Definiciones, ejemplos y ejercicios
Tipo: Apuntes
Subido el 03/06/2021
1 documento
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- Página | Un reactor de flujo pistón (PFR por sus siglas en inglés) puede ser usado tanto para
reacciones en fase liquida como en fase gaseosa, así como para investigaciones de cinética
a nivel laboratorio o a nivel industrial. Estos reactores trabajan en estado estacionario. Es
decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo.
El reactor en si puede consistir en un tubo cilíndrico vacío o puede contener empaque como
partículas catalíticas. Este tipo de reactor muestra perfiles de concentración, de
temperatura o de velocidad de reacción con respecto a la posición. En este caso no hay
una variación radial en la velocidad de reacción. A medida que los materiales que
reaccionan entran y fluyen axialmente por el reactor son consumidos y la conversión
aumenta con la longitud de este.
ü El flujo a través del recipiente (corrientes tanto de entrada como de salida) es
continuo, pero no necesariamente a razón constante; el flujo en el tubo es tipo
pistón.
ü La masa dentro del tubo no necesariamente es fija.
ü No hay mezclado axial del fluido dentro del reactor (esto es en la dirección del flujo).
ü Hay completo mezclado radial del fluido dentro del reactor (esto es en el plano
perpendicular a la dirección del flujo), así, las propiedades del fluido, incluyendo
su velocidad, son uniformes en este plano.
ü La densidad del sistema de flujo puede variar en la dirección del flujo.
ü El sistema puede operar en estado estable o en estado inestable.
ü Puede haber transferencia de calor, a través de las paredes del reactor, entre el
sistema y los alrededores.
ü Alta conversión por unidad de volumen.
ü Adaptabilidad a la transmisión de calor.
ü Recomendado para altas presiones.
ü Operación en estado estacionario.
ü Elevada capacidad.
ü Posibles gradientes térmicos indeseados.
ü Difícil control de temperatura dentro del reactor.
ü Las paradas y limpiezas pueden ser costosas.
ü Instrumentación cara.
ü Proceso de transesterificación.
ü Refinado del petróleo crudo.
ü Producción de etanol, propano y butano.
ü Proceso de polimerización (etileno y propileno).
Obteniendo la ecuación:
Teniendo en cuenta que:
Sustituyendo, resulta:
𝐹 𝐴
= ( 𝐹 𝐴
)
)𝑑𝑉
𝑑𝐹 𝐴
= 𝑑[𝐹 𝐴 0
( 1 − 𝑋 𝐴
)] =
−𝐹 𝐴 0 𝑑𝑋 𝐴
…. Ec. 6
…. Ec.
𝐹 𝐴 0
𝑑𝑋 𝐴
= ( −𝑟 𝐴
) 𝑑𝑉
…. Ec. 8
Reacciones homogéneas de orden cero y 𝜀 𝐴 constante
…. Ec.
Reacción irreversible de primer orden, A→productos, y 𝜀 𝐴
constantes
…. Ec.
Reacción reversible de primer orden, A⇋rR,
𝐶𝑅 0
= 𝑀, ecuación cinética
aproximada 0
calculada por −𝑟 𝐴
con conversión de equilibrio observada 𝑋 𝐴𝑒,
y 𝜀 𝐴
constante
Reacción irreversible de segundo orden, A+B→productos, con alimentación
equimolar, O 2A→productos, y 𝜀 𝐴
constantes
ü 5.6 - Ensayo de una ecuación cínica en un reactor de flujo en pistón
Se supone que la reacción gaseosa entre A, B y R es elemental reversible de la forma:
y para comprobarlo se planifican experiencias en un reactor isotérmico de flujo en pistón.
a) Dedúzcase la ecuación de diseño para condiciones isotérmicas con esta
expresión cinética, y una alimentación constituida por A, B, R, e inertes.
b) Indíquese cómo ha de ensayarse esta ecuación para una alimentación
equimolar de A y B.