Diseño de reactores. Parte 2. Reactor tubular.

Diseño de reactores. Parte 2. Reactor tubular.

Este ejercicio está basado en el ejemplo 1.3 de Fogler (2001).

La reacción de primer orden:

A ---> B

se efectúa en un reactor tubular en el que la velocidad de flujo volumétrico, v, es constante. Deduzca la ecuación que relacione el volumen del reactor con las concentraciones de entrada y de salida de A, la constante de velocidad k y la velocidad de flujo volumétrico, v. Determine el volumen del reactor necesario para reducir la concentración de salida al 10% de la concentración de entrada cuando la velocidad de flujo volumétrico es de 10 dm3/min y la constante de velocidad de reacción específica, k, es de 0.23 min-1.

dCA/dV=-(k*CA/Vo)

k=0.23 min-1; CA= 10% de CA0; Vo= 10 dm3/min.

Programa en MATLAB:

% foglercap1ej1_3

function dy=programa(t,y)

k=0.23;

v=10;

dy=-k*y/v;

% foglercap1ej1_3run

[t,y]=ode45('foglercap1ej1_3',[0 10],100);

[t,y]

plot(t,y,'k-')

xlabel('volumen (dm^3)')

ylabel('concentracion [A] (mol/dm^3)')

grid

Figura 1. Gráfico de concentración de A contra volumen del reactor tubular (PFR) con cinética de orden uno.

Se necesita un reactor de 100 dm3 para que la conversión de A sea del 90%. El par ordenado (V,CA) cuando CA es 10% de CAo es (100.0, 10.0259).

El balance de moles para un reactor de flujo empacado es

dFA/dW=r'A

Donde FA es la velocidad de flujo molar, W es la masa de catalizador y r'A es la velocidad de reacción.

Tabla 1. Balance de moles en cuatro reactores comunes

Velocidades de reacción:

-rA=k*CA Orden uno

-rA=k*CA2 Orden dos

-rA=k1*CA/(1+k2CA) Orden variable

Ecuación general de balance de moles:

   Ec 1

Reactor intermitente o batch

   Ec 2 y 3

Reactor CSTR:

     Ec 4 y 5

Nota: en este reactor las condiciones no cambian con el tiempo, por lo tanto: 

   Ec 6

Reactor tubular o de flujo pistón:

   Ec 7 y 8

Reactor empacado:

     Ec 9 y 10

-r'A= mol de A que reaccionó / s*g de catalizador

Orden de reacción

  Ec 11

Bibliografía

Fogler, H.Scot. 2001. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. Tercera edición. Pearson Educación. México.