Post on 02-Mar-2018
7/26/2019 Clculos para reactores
1/12
Preparadura 05/05
Se han de analizar varias disposiciones de reactores de flujo para la transformacin de A en
R mediante la reaccin autocataltica elemental A + R R + R. La alimentacin contiene 99% deA y 1% de R y la reaccin ocurre en fase lquida. La constante de velocidad de reaccin a la
temperatura de operacin viene dada por: = 60 /. La concentracin total de todas lasespecies es de
1 /y el caudal de alimentacin es de
1000 /.
Utilizando dos reactores con alimentacin continua de 40 , determine que arreglo asegurala mejor conversin.
Solucin
En primer lugar, al ser una reaccin elemental, su velocidad de reaccin viene descrita por:
= CCEn este caso, el coeficiente estequiomtrico de R es el coeficiente que tiene como reactivo.
Y podemos escribir las concentraciones como:
C= C1 C= CFF + = C0,0101 +
En este caso, el coeficiente estequiomtrico de R es la suma de los coeficientes siendo tanto
reactivo como producto.
Sustituyendo los valores de las concentraciones en la expresin de la velocidad, tenemos:
= C 1 0,0101 + Adems
= = C 1 0,0101 +
7/26/2019 Clculos para reactores
2/12
La curva de reaccin del sistema es:
Luego, realizamos un esquema sin definir an cuales son los reactores a utilizar, para definir
las corrientes del sistema.
R1 R2
Sabemos que:
F= F+ F= (C+ C) = 1000 /Siendo el caudal (constante porque la reaccin est en fase lquida).
7/26/2019 Clculos para reactores
3/12
Como A se encuentra en un 99% en la alimentacin, tenemos que:
F= 990 /Y
F= 10 /Por otro lado, tenemos que:
F= FFF + i = F
Esto debido a que trabajamos con moles, ya que en un sistema con reaccin qumica al
hacer un balance molar lo que entra NO necesariamente es igual a lo que sale, depende de la
proporcin estequiomtrica entre reactivos y productos. En este caso es constante porque la suma
de los coeficientes estequiomtricos es 0. Por tanto
F= F= FLa conversin esperada del sistema global viene siendo:
G =F FF = 0,8990Antes de empezar con los arreglos, recordemos que el balance de masa en un FPI viene
dado por:
FV =
Y el balance de masa en un TAC se expresa como:
F F+ V = 0Arreglo FPI-FPI:
7/26/2019 Clculos para reactores
4/12
R1 R2
Los arreglos de FPI en serie sin ninguna perturbacin externa funcionan como un solo FPI
con un volumen igual a la suma de los volmenes de los FPI. Por tanto, solo necesitamos resolver
el sistema de manera global.
En este caso:
V = 80 Adems, tenemos que:
F= F1 Por tanto, el balance de masa del FPI viene a ser:
V =C
F1 0,0101 +
Separando variables e integrando, tenemos:
1 0,0101 + G
=C F V
Resolviendo las integrales tenemos:
ln0,0101 + ln1 1,0101 |G =C F V
Resolviendo para Gqueda:G= 0,5473
Este sistema queda representado por:
7/26/2019 Clculos para reactores
5/12
Arreglo TAC-FPI:
R1
R2
El balance de masa del TAC queda:
F F C 1 0,0101 + V = 0Sabemos que:
F= F1
7/26/2019 Clculos para reactores
6/12
Tenemos
F= C 1 0,0101 + VResolviendo para
= 0,5863Ahora, en el FPI, tenemos la misma relacin que antes, con distintos lmites de integracin
1 0,0101 + G
, =C
F V
Pasa a ser
ln0,0101 + ln1 1,0101 |,G =C F V
Y la conversin a la salida del FPI es:
G= 0,9402El sistema queda representado por:
7/26/2019 Clculos para reactores
7/12
El volumen del TAC est representado por el color amarillo y el volumen del FPI por el
color azul oscuro.
Arreglo FPI-TAC
Para el FPI, es la misma situacin ya resuelta anteriormente:
1 0,0101 +
=C F V
R1
R2
7/26/2019 Clculos para reactores
8/12
Y la conversin es de:
= 0,0914En el caso del TAC, es necesario realizar un nuevo balance de masa y definir respecto a la
corriente FF= F(1 ) = 899,5 /
Con eso, tenemos:
F= F(1 )
C= C(1 ) =F (1 )En el caso de R, viene siendo:
F= F(0,0101+ ) = 100,5 /
F= FFF + = F(0,1117 + )
C= CFF + =F (0,1117 + )
Luego, el balance de masa del TAC queda:
F F F
(1 )(0,1117 + )V = 0
Tenemos
F= F (1 )(0,1117 + )V
Resolviendo para = 0,6086
7/26/2019 Clculos para reactores
9/12
Entonces:
F= F(1 ) = 352,1 /Y
G =F FF = 0,6443El sistema queda representado por:
El volumen del TAC est representado por el color amarillo y el volumen del FPI por el
color azul oscuro.
7/26/2019 Clculos para reactores
10/12
Arreglo TAC-TAC
R1 R2
En el primer TAC tenemos (ya habamos resuelto):
F= C 1 0,0101 + VResolviendo para
= 0,5863Luego, es necesario definir la corriente intermedia para trabajar en el segundo TAC
F= F(1 ) = 409,6 /Con eso, tenemos:
F= F(1 )Y
C= C(1 ) =F (1 )En el caso de R, viene siendo:
F= F(0,0101+ ) = 590,4 /F= FFF + = F(1,4414 + )
C= CFF + =F (1,4414 + )
Luego, el balance de masa del segundo TAC queda:
7/26/2019 Clculos para reactores
11/12
F F F (1 )(1,4414 + )V = 0Tenemos
F= F (1 )(1,4414 + )V
Resolviendo para
= 0,6754
Entonces:
F= F(1 ) = 133,0 /Y
G =F FF = 0,8657El sistema queda representado por:
7/26/2019 Clculos para reactores
12/12
En amarillo el primer TAC, en verde el segundo TAC.
El mejor arreglo (TAC-FPI) es el de mejor conversin global, con una conversin de
94,02%.