reactores quimicos

La funcin de distribucin de tiempos de residencia (RTD). Determinacin experimental de la RTD mediante tcnicas estmulo-respuesta. Clculo de la conversin a partir de la informacin del trazador.

Modelos para flujo no ideal.

REACTORES QUMICOS

TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS

1

Modelos para flujo no ideal. Modelos sin parmetros ajustables: Modelos de segregacin y mezcla mxima Modelos de compartimentos. Modelo de dispersin. Modelo de tanques en serie.

Reactores Qumicos Curso 2014-15

Julia Gonzlez lvarez

OBJETIVOS

Caracterizar reactores no ideales a travs de la funcin dedistribucin de tiempos de residencia. Diagnosticar problemas en reactores reales por comparacin conlos reactores ideales.

2Reactores Qumicos

Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS

los reactores ideales. Estimar la conversin y la concentracin a la salida de reactores reales.Modelizar reactores reales.

Flujo no ideal:Influencia delGrado deSegregacin

3Reactores Qumicos


Segregacin

Flujo no ideal: Influencia del tiempo que tarda en efectuarse la mezcla

4Reactores Qumicos


LA FUNCIN DE

DISTRIBUCIN DE

5Reactores Qumicos


DE TIEMPOS DERESIDENCIA(RTD)

MEDIDA DE LA RTD:

TCNICAS ESTMULO-RESPUESTA

Alimentacin

INYECCIN DETECCIN

t=0 C?

CARACTERSTICAS DEL TRAZADOR:

6Reactores Qumicos


CARACTERSTICAS DEL TRAZADOR:Especie no reactiva.Fcilmente detectable.Con propiedades fsicas similares a las de la mezcla reaccionante y completamente soluble en la misma.No debe ser adsorbido por las superficies internas del reactor.

ColorantesEspecies radiactivasGases inertes

Alimentacin

INYECCIN DETECCIN

c cIMPULSO

t0

CSALIDA

0 tt0

CENTRADA

0 tt0

ESCALN

t0

7Reactores Qumicos


RELACIN ENTRE E y F

=t

0

dt)t(E)t(F

)t(dF

E(t)

0

rea entre 0 y t1= F(t1)E(t1)

t1 t

dt

)t(dF)t(E =

F(t)

0 tt1

F(t1)tt1

tag = E(t1)

8Reactores Qumicos


MOMENTOS DE LA RTD

Tiempo medio de residencia

==

0

0

0 )(

)(

)(

dtttE

dttC

dtttC

t

Varianza

=

=

0

2

0

0

2

2 )()(

)(

)()(

dttEtt

dttC

dttCtt

9Reactores Qumicos


RTD EN REACTORES IDEALES: Reactor de mezcla completa

= C

C

t

00 C

dCdt

V

=/)( t0eCtC

Entrada salida = acumulacin

dt

dCVC00t => Seal de entrada

en impulso

0

===

/

/

/

)()()(

t

0

t0

t0

0

e

dteC

eC

dttC

tCtE

=

/)(

tetE

10Reactores Qumicos


Las curvas E y F para los reactores

11Reactores Qumicos


reactores ideales

Clculo de la conversin a partir de la informacin del trazador

=

12Reactores Qumicos


Clculo de la conversin

MODELOS SIN PARMETROS AJUSTABLES: Modelos de Segregacin y Mezcla Mxima

Mezcla de un solo fluido:

Influencia del grado de

segregacin

Microfluido Macrofluido

13Reactores Qumicos


segregacin

Reactor discontinuoReactor de flujo en pistnReactor de mezcla completa

Reaccin irreversible de orden cero

Reaccin irreversible de primer orden

Macrofluido:

Macro o microfluido:

Microfluido:

tcA0/k

Reaccin irreversible de segundo orden

Microfluido:

Macrofluido:

14Reactores Qumicos


0 t>cA0/k

15Reactores Qumicos


16Reactores Qumicos


17Reactores Qumicos


Mezcla de un solo fluido:Influencia del tiempo que tarda en efectuarse la mezcla

18Reactores Qumicos


19Reactores Qumicos


Mezcla de dos fluidos miscibles

20Reactores Qumicos



MODELOS CON VARIOS PARMETROS AJUSTABLES:

Modelos de compartimentosEn los modelos de compartimentos el volumen total del reactor V es la combinacin de:

Vp: regin de flujo en pistn dentro del recipienteVm: regin de mezcla completa dentro del recipienteVd: regin muerta o estancada dentro del recipiente

21Reactores Qumicos


Vd: regin muerta o estancada dentro del recipiente

y el flujo total v:va: flujo activo a travs de las regiones de flujo en pistn y mezclacompletavb: flujo desviado o de bypassvr: flujo de recirculacin

22Reactores Qumicos


23Reactores Qumicos


24Reactores Qumicos


25Reactores Qumicos


26Reactores Qumicos


27Reactores Qumicos


28Reactores Qumicos


Deteccin de mal comportamiento de reactores de flujo en pistn

29Reactores Qumicos


Deteccin de mal comportamiento de reactores tipo tanque con agitacin

30Reactores Qumicos



MODELOS CON UN PARMETRO AJUSTABLE: Modelo de DISPERSIN

31Reactores Qumicos


1 PARMETRO:GRADO DE DISPERSIN

(D/uL)

Grados de Dispersin Pequeos D/uL< 0,01

32Reactores Qumicos


Para varios recipientes en serie el tiempo medio y la varianza son aditivos:

No afectan las condiciones de contorno (recipiente abierto o cerrado)Error en la estimacin de D/uL

Grado de Dispersin Grande D/uL > 0,01

Afectan las condiciones de contorno (recipiente abierto o cerrado)

Recipiente Cerrado

34Reactores Qumicos



Recipiente Abierto

35Reactores Qumicos



Grado de Dispersin

Pequeo D/uL< 0,01

CURVAS F

36Reactores Qumicos


Recipiente Abierto

Flujo a travs de lechos de relleno y flujo en tuberas

37Reactores Qumicos


Clculo de la conversin a partir del modelo de dispersin

=0

38Reactores Qumicos


39Reactores Qumicos


Reaccin de Primer Orden

40Reactores Qumicos


Pequeas Desviaciones de Flujo en Pistn

41Reactores Qumicos


A Productos A= 0A + B Productos CA0 = CB0

2A Productos

A= 0


MODELOS CON UN PARMETRO AJUSTABLE: Modelo de TANQUES EN SERIE

1 PARMETRO:NMERO DE TANQUES ASOCIADOS EN SERIE

(N)

42Reactores Qumicos


221

2i CCdt

dCV =

t022

ieCCdC=+

/ it02 e

tCC

=

/

0ta0Ce 2t i

== ;/

C2

C1

BALANCE DE MATERIA CONCENTRACIN DE SALIDAREACTOR

11

i Cdt

dCV =

11 /t0

V/vt01 eCeCC

==

1

C1

1t01 eCC

=

/

43Reactores Qumicos


i

0

1

22ieCC

dt

dC

=

+ i

2 eC =C2

323

i vCvCdt

dCV =

i

/t0

1

33ieCC

dt

dC

=

+

i/t

i

etC

C

=

3

20

32

3C2

C3

tanquei C1 E1

1

2

3

ite0C1C

=/ it

i1 e

1tE

=

/)(

it

i

02 e

tCC

=

/ it2i

2 et

tE

=

/)(

it2

20

3 e2

tCC

=

/ it3

2

3 e2

ttE

=

/)(

44Reactores Qumicos


3

4

N

2i

3 e2

C

=3i

3 e2

tE

=)(

it3i

30

4 e6

tCC

=

/ it4i

3

4 e6

ttE

=

/)(

it1N

i

1N0

N e1N

tCC

=

/

)!(it

Ni

1N

N e1N

ttE

=

/

)!()(

CURVAS E Y F PARA EL

MODELO DE TANQUES EN

SERIE

45Reactores Qumicos


Clculo de la conversin a partir del Modelo de Tanques en serie

Reaccin de Primer Orden

46Reactores Qumicos


Reaccin de Segundo Orden de un Microfluido. A R o A + B R con CA0= CB0

47Reactores Qumicos


Microfluidos con Cualquier otra Cintica

48Reactores Qumicos


Macrofluidos

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