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Reactores químicos Tercer parcial - Coggle Diagram
Reactores químicos Tercer parcial
Clasificación de reactores
Fases
Reactores homogéneos
Los reactivos y los productos se encuentran en la misma fase
Reactores heterogéneos
Aquellos en los que hay más de 1 fase
Forma de operación
Semicontinuos
Una fase del reactor se comporta de forma continua y la otra de forma discontinua
Continuos
Trabaja en estado estacionaria, se alimenta en todo momento y trabaja de forma continua
Discontinuos
Trabaja por lotes
Se carga y se deja reaccionar
Se recarga al pasar el tiempo de la reacción
Tipo de flujo
Ideales
El tipo de flujo es ideal, es decir teórico
Reactor de mezcla perfecta
Reactor de flujo pistón
Reales
No son ideales
Reacción de sistemas mezclados y segregados
Los problemas relacionados con la mezcla de fluidos es muy importante en sistemas homogéneos y heterogéneos
Tiempo en que se efectúa la mezcla
Si el fluido se mezcla rápida o lentamente a su paso a través del recipiente
Esto ya que distintos tipos de fluidos pueden dar la misma distribución del tiempo de residencia
Grado de segregación del fluido
Si la mezcla se efectúa a escala microscópica o a
escala macroscópica
En la primera parte de la imagen el fluido se comporta de manera normal
Las moléculas se mueven libremente
Forman un micro luido
No presentan segregación
En la segunda imagen el fluido esta constituido por varias macromoléculas
Formando un macrofluido
Segregación completa
Fluido real
Presenta un grado mayor o menor de segregación de acuerdo con sus propiedades y con el tipo de mezcla que se esté efectuando
El grado de segregación afecta a la mezcla a nivel molecular, mientras que el tiempo que tarda en efectuarse la mezcla afecta al tipo de flujo global a través del recipiente.
Se debe considerar el tipo de mezcla que sea adecuada para cada reacción así como el modelo del sistema que se usara
Mezcla de un solo fluido
Tipos de reactores
Discontinuo (Br)
"La conversión es la misma en todos los agregados"
El grado de segregación no afecta ni la conversión ni la distribución del producto.
De flujo pistón o flujo tapón (PFR)
Flujo de pequeños reactores discontinuos que pasan sucesivamente a través de un recipiente.
El grado de segregación ni afecta la conversión ni la distribución del producto.
De mezcla completa (MFR)
Cuando se añade un reactivo A, la concentración del reactivo disminuye inmediatamente y se mantiene en todos los puntos del reactor. Este disminuye paulatinamente
Cuando se trata de micro fluidos, al analizar el contenido del reactor, no se puede saber si una molécula ha entrado recientemente o no.
Fórmulas
Conversión de reactante
Cuando no hay variación de densidad
Donde t es el tiempo de residencia del flujo por el reactor.
Para calcular la fracción de reactivo no convertida para la corriente global de salida de un macrofluido
Ecuación general para la conversión de un macrofluido
En un reactor de mezcla completa
Si se conoce la cinética de reacción
En el caso de los macro fluidos, las moléculas no pierden su identidad, se puede calcular la edad analizando sus agrupaciones moleculares.
Mezcla de fluidos con tiempos de resistencia grandes y pequeños
Cada tipo de flujo de un fluido está relacionada con una función de distribución de t de residencia (RTD) o una función de edad de salida de energía.
La función no se puede cumplir a la inversa
Distintos tipos de flujo pueden dar la misma RTD.
Tipos de flujo
RTD pulsación idealizada
Solo se ajusta cuando no hay intermezcla de fluidos de distintas edades
Micro o macro fluido. No afecta el tiempo de mezcla porque no hay intermezcla.
RTD exponencial decreciente
Puede darla en mezcla completa y otros tipos de flujo pueden dar la misma RTD.
Conjunto de reactores de flujo de pistón tanto en paralelo como en corriente lateral o una combinación de ambos.
RTD arbitraria
El tiempo de mezcla y el estado de segregación tienen poco efecto en la conversión
Cuando RTD es próxima al flujo de pistón.
Cuando RTD se aproxima al exponencial decreciente de flujo
En mezcla completa
El estado de segregación y el tiempo tienen mayor importancia
Los modelos a y b sus elementos se mezclan con otros de distintas edades, mientras que los modelos c y d no se mezclan.
En los modelos a y b, para microfluidos los tiempos de mezcla son más pequeños.
En los modelos c y d, para microfluidos los tiempos de mezcla son más grandes.
En macrofluidos la mezcla se da en tiempor de mezcla más grandes.
Rectores ideales isotérmicos
Reactor discontinuo
Reactivos se introducen en reactor, se mezclan, se dejan que reaccione un t y se descarga la mezcla resultante
Es una operación no estacionaria
La composición va variando con el t
Aunque es uniforme es uniforme en todos los puntos del reactor
Reactores de flujo en tapón
También conocido como flujo en pistón, flujo tubular ideal y flujo uniforme
Su flujo de fluidos es ordenado
Puede haber mezcla lateral de fluido, pero no debe haber mezcla o difusión en la trayectoria del flujo
Condición
necesaria
T de residencia en el reactor sea igual para todos los elementos del fluido
Reactor de mezcla completa
Su contenido está perfectamente agitado
Su composición en cada instante es la misma en todos los puntos
La corriente de salida tiene la misma composición que la del fluido que contiene
Reactores ideales isotérmicos (T CTE.)
Reactor discontinuo o por carga (Bath Reactor)
V. del flujo hacia el sistema + v. de flujo desde el sistema + v. de generación de j de rxn química dentro del sistema = v. acumulación de j dentro del sistema
Rj es una función indirecta de la posición porque las propiedades de los materiales pueden tener distintos valores
Características generales
Para mezclas uniformes
Operación no estacionaria
(condiciones cambian con el tiempo)
Ideal para estudios experimentales
Moles: entra – sale + genera = acumula
Ecuación general de balance de moles
Tiempo
Tiempo espacial (T)
Tiempo para que un volumen equivalente del reactor pase a través de él
Velocidad espacial
Número de veces que pasa el volumen equivalente del reactor a través de él
Tiempo medio de residencia
Tiempo que permanece el fluido en el reactor
Reactor de flujo de mezcla completa en estado estacionario (RTMC)
Características generales
Uso común en procesos industriales
Las reacciones de salidas son iguales a las condiciones dentro del tanque
Mezcla uniforme por operación estacionaria
Balance de moles (acumulación = 0)
Mezcla homogénea (Rj no varía a lo largo del reactor)
Reactor de flujo en pistón tubular (RFP)
Características generales
Conversión X más alta por volumen V
Es difícil controlar la temperatura si la reacción es exotérmica
Tiene operación estacionaria
No hay variación radial de la concentración
Varía la concentración en dirección axial
Balance de moles
Con subvolúmenes
Equipo
Ixchel Janice Aguirre Hernández
74600871
Juan Miguel Vázquez Cortes
74600864
Yasley Iran Cerezo Benavides 74600857
