diseño de reactores generalidades

Dr. Samuel Enciso Senz

DISEO DE REACTORES

Dr. SAMUEL ENCISO SAENZ

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El reactor qumico es el corazn de cualquier proceso qumico

Mejoras en el reactor usualmente tiene gran impacto

en los procesos de separacin

INTRODUCCION

Equipo principal en una planta industrial

Alto rendimiento y conversin adecuada

Maximizar el uso de MP y minimizar Residuos


Clasificacin de los reactores qumicos


Aplicacin


Una solucin que contiene 0.5 mol/l de reactivo debe procesarse con un caudal de 25 l/h. Para esta reaccin, se conocen los siguientes valores de la velocidad de reaccin en funcin de la concentracin:

Ca (mol/l) 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05

(-ra) (mol/lh) 0.85 0.675 0.53 0.405 0.31 0.24 0.18 0.128 0.081 0.04

a) Qu conversin se obtendra con una batera de dos reactores de mezcla perfecta colocados en serie, cada uno de ellos de 50 litros?. b) Qu conversin se obtendra si se usara un RFP de 100 litros

1.0 TRADUCCION

Q, Ca0 X2

V1= 50 L V2= 50 L

V= 100 L

X


RAPIDEZ DE REACCION (DIFERENCIAL)

Ca0=0.5 mol/l Q=25 l/h calcula: conversin

Ra Ca Ln Ra Ln Ca

0.85 0.5 -0.16251893 -0.69314718

0.675 0.45 -0.39304259 -0.7985077

0.53 0.4 -0.63487827 -0.91629073

0.405 0.35 -0.90386821 -1.04982212

0.31 0.3 -1.17118298 -1.2039728

0.24 0.25 -1.42711636 -1.38629436

0.18 0.2 -1.71479843 -1.60943791

0.128 0.15 -2.05572502 -1.89711998

0.081 0.1 -2.51330612 -2.30258509

0.04 0.05 -3.21887582 -2.99573227

velocidad de reacciony = 0.7469x - 0.425

R2 = 0.981

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-4 -3 -2 -1 0

Ln C

Ln

R


GRAFICA CSTR 1=2= 2=V/Q m=-1/ = -0.5

Ca0= 0.5, Ca1=0.188; Ca2=0.072; X2=0.856SERIE CSTR

y = 1.7009x1.3133

R2 = 0.981

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Ca

R


DATOS GRAFICOCSTR - PISTON

Ca 1/RA Ra TETA

0.5 1.17647059 0.85

0.45 1.48148148 0.675 0.07407407

0.4 1.88679245 0.53 0.18867925

0.35 2.4691358 0.405 0.37037037

0.3 3.22580645 0.31 0.64516129

0.25 4.16666667 0.24 1.04166667

0.2 5.55555556 0.18 1.66666667

0.15 7.8125 0.128 2.734375

0.1 12.345679 0.081 4.9382716

0.05 25 0.04

0.04 40.2919303

0.03 58.7895474

0.02 100.129205

0.01 248.830413

reactor tubular integral grafica

f 1/Ra Ca t=int f(x)

0 1.17647259 0.5

1 1.48148148 0.45

2 1.88679245 0.4

3 2.4691358 0.35

4 3.22580645 0.3

5 4.16666667 0.25

6 5.55555556 0.2

7 7.8125 0.15

8 12.345679 0.1 1.66795071

9 25 0.05 2.60159269

10 40.2919303 0.04 3.89517967

11 58.7895474 0.03 5.73479292

12 100.129205 0.02 8.54711736

13 248.830413 0.01

XT=X2=0.86

X=0.94


GRAFICA CSTR - PISTON

Ca2=0.07 Ca1=0.18

XTCSR=0.86 XFP=0.94


CSTR - ADIABATICO1. Los gases de escape de los automviles contiene algo de combustible y

monxido de carbono sin quemar, sin embargo la combustin puede continuar si se le instala un convertidor cataltico en la lnea de escape, Suponga que el convertidor opera como un reactor de mezcla completa adiabtico con un tiempo de residencia de 9 segundos y que solo se oxida el CO a CO2 , adems, que con un exceso de aire la reaccin es de primer orden irreversible con los siguientes datos: K(s-1) = 1.5 x 1010 EXP(- 65000/RT) en donde E (cal/ gmol) Cp= 6.95 cal/gmol K, = 1.20 Kg/m3 H = - 5500 Cal/gmol Si los gases de combustin entran al convertidor a 1073 K, cuales serian los valores posibles de las conversiones y temperaturas de salida de los gases?

Q, Ca0, T0

q

Ca, T


DATOS BM Y BEX T BM T BE

0 1073 #DIV/0!

0.005 1076.29736 1051.03688

0.01 1079.59472 1075.31647

0.02 1086.18945 1100.93505

0.03 1092.78417 1116.66046

0.04 1099.3789 1128.21389

0.05 1105.97362 1137.43825

0.06 1112.56835 1145.16959

0.07 1119.16307 1151.86018

0.08 1125.75779 1157.78312

0.09 1132.35252 1163.11631

0.1 1138.94724 1167.98226

0.11 1145.54197 1172.46905

0.12 1152.13669 1176.64221

0.13 1158.73141 1180.5518

0.14 1165.32614 1184.23701

0.15 1171.92086 1187.72911

0.16 1178.51559 1191.05345

0.17 1185.11031 1194.23089

0.18 1191.70504 1197.27883

0.19 1198.29976 1200.21194

0.2 1204.89448 1203.0427

0.21 1211.48921 1205.78185

0.22 1218.08393 1208.43868

0.23 1224.67866 1211.02133

0.24 1231.27338 1213.53694

0.25 1237.86811 1215.99185

0.26 1244.46283 1218.39168

0.27 1251.05755 1220.74149

0.28 1257.65228 1223.04585

0.29 1264.247 1225.30886


GRAFICA TvsX BM Y BE

REACTOR CSTR ADIABATICO

1000

1050

1100

1150

1200

1250

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

CONVERSION

TE

MP

K

DOS SOLUCIONES (0.011, 1075.31 K) (0.19, 1200 K)


Ejercicios

1. La reaccin en fase lquida A + B P, se lleva a cabo a 120 C en un reactor mezcla perfecta de volumen de 1 L. La alimentacin es una mezcla equimolecular de A y B con CAo = CBo = 6.65 mol/l. La velocidad de reaccin es:

(RA) = KCACB con k= 3.3 x l09 exp(-20,000/RT), donde E(cal/mol) y k(l/mol.h). El calor de reaccin es (-20)

cal/mol y el calor especfico medio de mezcla 0.65 cal/cm3 C. Si el reactor es adiabtico y se obtiene una conversin de 0.5 Cul debe de ser la alimentacin y la temperatura de entrada al reactor?.

2. En un reactor TAC (TANQUE AGITADO CONTINUO) se estudi la descomposicin de A, obtenindose los resultados detallados en la siguiente tabla, evaluados a temperatura constante y en fase lquida:

Calclese el tiempo de residencia necesario para obtener una conversin de reactivo igual al 75%, si la concentracin inicial del mismo es de 0.8 mol/lt:

a) En un reactor de flujo en pistn. b) En un reactor de mezcla completa.

CA(entrada) [mol/lt] 2 2 2 1 1 0.48 0.48 0.48

CA(salida) [mol/lt] 0.65 0.92 1.00 0.56 0.37 0.42 0.28 0.20

[seg.] 300 240 250 110 360 24 200 560

diseño de reactores generalidades

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