medio físico la reacción condiciones apropiadas productos sea rentable,

condiciones controladas.

Según el modo de operación

Según el número de fases

Monofásico

Multifásico Bifásico Trifásico

Según el perfil de Temperatura

Isotérmico

Adiabático

No isotérmico

Discontinuos Continuos Semicontinuos

Por carga Tubular Lecho fluidizado Slurry

Lecho empacado

Flujo de entrada

Flujo de salida

Combinaciones

Tanque agitado

Es el donde se lleva a cabo asociada a un proceso a para que la generación de

estas son conocidas y pueden ser perfectamente .

Son casos muy particulares de los reactores por carga (RPC), tubulares (RFP) y de tanque agitado (RMC).

Desarrollar balances de materia sencillos y aplicables para dimensionamiento

Se pueden hacer sistemas de reactores ideales que permitan describir el comportamiento de un reactor no ideal

es como una especie de proceso de contabilidad de las especies químicas que entran y salen del sistema.

Entrada Salida Transformación Acumulación

Balance global Balance en cada una de las especies químicas

Entrada Salida Transformación Acumulación

Condiciones de idealidad

Esquema o representación gráfica

Balance en moles: definición de la ecuación de diseño

Solución gráfica

Operación y tiempo de residencia

Condiciones de idealidad: Mezclado perfecto

La concentración del reactivo cambia con el tiempo no con la posición en el reactor

CA

t

Entrada Salida Transformación Acumulación

Balance en A: Aa + Bb cC + dD

0 0 V(-υA) dt

dN A

dt

dNV A

A )( Parámetro de diseño:

Tiempo )( A

A

V

dNdt

)( A

A

V

dNdt

V: Volumen de reacción

V= ctte V≠ ctte

Fase líquida

Fase gas ΔN=0

No hay cambio en el número de moles

)(

)(

A

A

V

VCddt

A

A

C

C A

AdCt

0)(

A

A

X

X A

AA

dXCt

0)(

0

VCN AA

)1(0 AAA XCC

AAA dXCdC 0

Fase gas ΔN ≠ 0

Si ΔN < 0

Disminución en el número de moles

3A B

Si ΔN > 0

Aumento en el número de moles

A 3B

P

NRTV

)1(0 AAA XNN )0 AAA dXNdN

)1(0 AAXVV

A

A

X

X AAA

AA

X

dXCt

0

))(1(0

Confinado Varia P

A P y T ctte

A

Ao

r

C

X

Área bajo la curva

Volumen constante

))(1( AA

Ao

rX

C

X 1

AX

AA

AAo

rX

dXCt

0))(1(

XA

Área bajo la curva Volumen variable

Graficas: Operación:

Carga Acondicionamiento de los reactivos Reacción Acondicionamiento de los productos Descarga Limpieza

t de reacción=t de residencia

t muerto=t carga + t acondicionamiento + t acondicionamiento + t descarga + t limpieza

t total =t muerto + t reacción

Condiciones de idealidad: Edo. Estacionario Régimen de flujo tipo flujo en pistón No hay gradientes radiales de concentración

La concentración del reactivo no cambia con el tiempo solo cambia con la posición en el reactor

CA

t

dV

Entrada Salida Transformación Acumulación

Balance de A en el dV: Aa + Bb cC + dD dV

FA entrada F A salida dV(-υA) 0

F A entrada F A salida

)1(0 AAAentrada XFF )(1(0 AAAAsalida dXXFF

dVdXXFXF AAAAAA )()(1()1( 00 dVdXF AAA )(0

A

A

X

X A

AA

V

V

dXC

dV

00)(

0

0

A

A

X

X A

AA

dXC

V

0)(

0

0

RFP

A

Ao

r

C

X

AX

A

AAo

r

dXC

0)(

XA

Graficas:

τ = t de residencia si ΔN = 0

τ > t de residencia si ΔN > 0

τ < t de residencia si ΔN < 0

Condiciones de idealidad: Mezclado perfecto Edo. estacionario

CA

t

La concentración del reactivo no cambia con el tiempo ni con la posición en el reactor

),()( AA CTf

ctteA )(

Entrada Salida Transformación Acumulación

Balance de A : Aa + Bb cC + dD

FA 0 F A salida V(-υA) 0

fAAfAA VXFF )()1(00

fA

AfA XCV

)(

)(0

0

A

Ao

r

C

X

RMC

fA

ofA

r

xxCo

)(

)(

XAf XA0

A

Ao

r

C

Base

Altura

Área del rectángulo

Graficas:

Zonas Muertas:

Presentan conversión cero y no existe intercambio de material de reacción con el sistema, se encuentra en extremos del reactor o en cercanías del sistema de mezclado.

Bypass:

Se constituye por el paso inmediato del reactivo hacia la salida del reactor, por lo que no ocurre, o casi no ocurre reacción.

Distribución de tiempo de residencia

y = e-1x

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

tiempo adimensional

E

Tiempo de residencia

Estudios cinéticos Procesos que requieran versatilidad Producción limitada

Producción masiva Alta eficiencia en procesos con comportamiento de orden positivo

Producción masiva Alta eficiencia en procesos con comportamiento de orden negativo

Tipo de Reacción

Escala de Producción

Costo de los equipos y su funcionamiento

Seguridad, estabilidad y flexibilidad de la operación

Vida útil

Tiempo supuesto de la fabricación del producto

Experiencia Criterio técnico Conocimiento profundo de las características de los distintos sistemas de reactores

Buena elección

Reacciones simples Reactores isotérmicos

Tamaño del reactor Volumen (V) Conversión (X)

Representaciones Gráficas

Ar

1

RPC

x

RFP

Ar

1

x

A

oA

C

C A

A

r

dC

)(

Ar

1

x

RMC

)(

)(

A

ofA

r

xxCo

Continuos vs. Discontinuos

RPC vs. RFP

Tienen la misma ecuación de diseño.

“Dos reactores son equivalentes cuando tienen la misma productividad”.

Si VRFP= VRPC Entonces

RM

B

tt

Nod

Pr

R

RFPAo

RFPt

xVCP

RM

RPCAo

RPCtt

xVCP

1

R

RM

RPC

RFP

t

tt

P

PRPCRFP PP

A

A

r

C

0

x A

A

r

C

0

x A

A

r

C

0

x

1

1

XA

RMC

RFP

RMC RFP

XA

XA

RMC RFP

Los sistemas de Reactores reales suelen modelarse como combinaciones de sistemas reactores ideales.

• Sistema de RMC en serie de igual tamaño

Ar

1

x fA

AfA XCV

)(

)(0

0

• Sistema de RMC en serie de igual tamaño

Un sistema en serie de m RMC de igual tamaño, es equivalente a un RFP de m veces el tamaño de uno de los RMC, para tener una misma conversión.

Demostrar que si m → ∞

sistemaRMC = RFP

• Sistema de RMC en serie de distintos tamaños

Es menos eficiente que el sistema anterior.

El arreglo de tamaños depende del orden de la reacción.

Si n < 1 mayor tamaño primero

Si n > 1 menor tamaño primero

Si n = 1 se prefieren de igual tamaños.

Por qué?

Tarea

• Sistema de RFP en serie

El análisis es indiferente si los RFP

en serie son o no del mismo tamaño.

Es equivalente a un RFP de volumen la suma de los volúmenes parciales

1 2

1

2

00)()()(

x x

x AA

A

x

A

Ar

dx

r

dxC

r

dxC

oo