REACTORES-CATALITICOS
-
Upload
jimmyrivera -
Category
Documents
-
view
222 -
download
0
description
Transcript of REACTORES-CATALITICOS
7/21/2019 REACTORES-CATALITICOS
http://slidepdf.com/reader/full/reactores-cataliticos-56d9e3f4bf53d 1/4
2.3. Modelo de fujo en pistón heterogéneo y unidimensional
En esta sección se considera la existencia de gradientes locales deconcentración y temperatura tanto dentro de la partícula de catalizador comoen la película que la rodea. El sistema es pues !heterogéneo". #ecuérdenselas hipótesis $%sicas del modelo de fujo unidimensional y considérese tinareacción simple de la &orma' ( )&* +,- productos. El modelo del reactor defujo en pistón lógicamente /ontendr% las ecuaciones del $alance de materiay de energía pero las 0elocidades de reacción 1r ( y r de$en interpretarseadecuadamente. En un modelo homogéneo )punto 2.2* implícitamente seutiliza la 0elocidad de reacción intrínseca' )1r(* ini y r ni. Es decir la 0elocidad dereacción en ausencia de limitaciones por la trans&erencia de materia y calor enel catalizador y en la película que. 4o rodea. En un modelo heterogéneo seutiliza la 0elocidad glo$al o$ser0a$le )r5$s y 6 )r(* incorporando los e&ectos detransporte responsa$les de los gradientes de concentración y temperatura.Estos gradientes est%n íntimamente conectados con la e&icacia de partícula 7y con la e&icacia glo$al 7q las ecuaciones del $alance de materia )8.9:* y deenergía para una ;ola reacción )2.9<* pueden =escri$irse de la ;iguiente&orma'
r '
(¿¿ A)Obs=v A ρ LrObs…(2.57)d(uSC A)
dz = ρ L¿
>
uS ρ f Ĉ PdT dz =− ρ Lr
' Obs∆Ĥ +
2U R (T R−T )…(2.58)
?onde en términos de e@cacia
−r ' −r '
∫¿… (2.59)
∫¿ y robs=ηr¿(¿ ¿ A)¿
(¿¿ A)Obs=η¿¿
7 es una &unción riel módulo de Ahiele. ?ependiendo de la cinética de lareacción y de la geometría de la partícula pueden usarse di&erentesexpresiones pata dicho módulo. Bor ejemplo si la cinética es irre0ersi$le de9er orden puede emplearse el módulo de Ahiele genuino C4 o el módulogeneralizado a cualquier geometría C4D si la cinética es de tipo potencial puedeemplearse C4 módulo de Ahiele generalizado a cualquier cinética potencial ycualquier geometríaD pasta otras cinéticas donde la 0elocidad de reacción seexpresa sólo en &unción de la concentración de un reactante ( puedeemplearse un módulo de Ahiele completamente generalizado C. 4a de@nicióny modo de calcular el módulo de Ahiele pueden consultarse en textos quetratan la cinética catalítica por sólidos )per ejemplo' zquierdo et as. 2::<*.
7/21/2019 REACTORES-CATALITICOS
http://slidepdf.com/reader/full/reactores-cataliticos-56d9e3f4bf53d 2/4
Bara un sistema simple donde hasta considerar la 0ariación de un sotoreactante. por ejemplo ( para descri$ir los cam$ios que acontecen laecuación de continuidad )E F* puede reescri$irse de manera que la estimacióndel per@l de con0ersión G( y la cantidad de catalizador necesaria resultasencilla. 4as expresiones 2.9H y 2.9F se trans&orman respecti0amente en'
−r '
(¿¿ A )∫¿
w A .0
…(2.60)
π v2 ρ L η¿
dX A
dz =¿
>
−r'
η(¿¿ A)∫¿…(2.61)
dX A¿
W =w A .0∫ X
1 A
X 2 A
¿
Es un sistema complejo en donde la cinética de la reacción o reacciones es&unción de la concentración de m%s de un compuesto de$e plantearse laecuación de continuidad para cada una de las especies presentes en laecuación cinética por lo que las ecuaciones 2.8: y 2.89 de$en aIadirse lasecuaciones de continuidad de los otros compuestos. En esta situación es m%sadecuado desarrollar per@les de concentración a9 o de caudal molar Ji parael nKmero preciso de componente. ;in em$argo en esta sección se centrara laatención en los sistemas simples. El caso m%s simple de utilización de 7 es elde situación isoterma sin gradiente axial de temperatura en el reactor. En estecaso un 0alor medio de 7 )/onstante* puede descri$ir la situaciónrazona$lemente $ien y la ecuación de diseIo )continuidad* es.
−r'
(¿¿ A)∫¿…(η=cos!"!#s)
dX A¿
W = w A .0
η ∫ X
1 A
X 2 A
¿
7/21/2019 REACTORES-CATALITICOS
http://slidepdf.com/reader/full/reactores-cataliticos-56d9e3f4bf53d 3/4
Este método es correcto analíticamente para reactores isotermos y cinéticasde primer orden ya que la concentración no aparece en la expresión delmódulo de Ahiele. Bara cinéticas de otros ordenes )no lineales* el cam$io deconcentración a lo largo del reactor a&ecta el módulo de Ahiele y produce0ariaciones en el &actor de e@cacia local aun para reactores isotermos.
Ln caso real es una ecuación cinética no lineal o una situación no isoterma enla que la 0ariación axial de 7 de$a tenerse en cuenta. En un lecho &ijo la0elocidad de trans&erencia de calor o desde una partícula est% controladaha$itualmente por la resistencia del gas en la película de$ido a la ele0adaconducti0idad térmica de muchos solidos catalíticos. Bor otro lado la di&usiónen los poros controla la trans&erencia de materia siendo la resistencia en lapelícula relati0amente pequeIa. 4os gradientes de concentración est%n$%sicamente con@nados en el interior de la partícula y los de temperatura sise dan en la película )Minhas y /ar$erry 98*. Bara una partícula el procesoes esencialmente isotermo pero cada capa de partículas el lecho puede estardi&erente temperatura.
Bara calcular J mediante la ecuación 2.89 C 4 )que es la expresión idónea delmódulo de Ahiele* y N de$en estimarse en una serie de posiciones axiales ):
escalones* ya que cada uno de ellos depende de /( y AD
r ' (¿¿ A)Obs
¿ ;e calcula
a partir de N y )1r* int en cada escalón. Bara operación adia$%tica podríaemplearse el siguiente algoritmo'
9. ;eleccionar un 0alor de G(
2. /alcular A mediante la &orma integrada del $alance de energía )ecuación2.2:*. En este caso A2 y G2( son la temperatura
3. /alcular
r '
∫¿
(¿¿ A)¿¿
para G( y A mediante la ecuación cinética.
<. /alcular C4. ;i es necesario usar O4 para con0ertir P de $ase m%sica a0olumetría.
H. /alcular 7 a partir de C.
8. /alcular
−r ' (¿¿ A)Obs
¿.
F. #epetir los pasos 9 a 8 para cada 0alor de G( entrada y G( salida.
Q. /alcular J mediante la ecuación 8.89.
/omo alternati0a al uso del &actor de elicacia 7 puede o$tenerse en el
la$oratorio una e0aluación empírica de
−r ' (¿¿ A)Obs
¿en di&erentes reactores o
plantas piloto. ?e$e emplearse el mismo catalizador )tamaIo &orma etc.*
e inter0alos de condiciones de operación que las esperadas para operaciónindustrial. Lna des0entaja del uso de una ecuación empírica es que no
7/21/2019 REACTORES-CATALITICOS
http://slidepdf.com/reader/full/reactores-cataliticos-56d9e3f4bf53d 4/4
puede generalizarse a di&erentes tamaIos de partícula )excepto en
constancias especiales* o lugares con di&erente ρ L . (demas no puede
extrapolarse con con@anza &uera de las condiciones en las que se hao$tenido.