Reactores Quimicos Curso Especial

8/15/2019 Reactores Quimicos Curso Especial

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SELECCIÓN DE

REACTORESQUÍMICOS.

I N S T I T U T O T E C N O L O G I C OD E O R I Z A B A

Transcrito por Mauricio Martínez Rorí!uez euna tesis e curso especia" e titu"aci#n con$ec%a e icie&'re e ()*).


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Tabla de contenido

PRÓLOGO 2

1. INTRODUCCIÓN

(.( E" reactor uí&ico / "a reacci#n uí&ica 0

(.1 Reactores iea"es 2

(.0 Reacci#n continua / iscontinua 3

(.2 4actores ue a$ectan "a operaci#n.5

2. CLASI!ICACIÓN DE LOS REACTORES "U#$ICOS %

1.( Aspectos &ec,nicos o eta""es e construcci#n)1.1. Interca&'io e &ateria"es con su &eio a&'iente (*

1.0. C"asi6caci#n e acuero a "as $ases presentes 10

1.2. C"asi6caci#n en 'ase a "a presencia e cata"izaores 13

1.3. C"asi6caci#n en 'ase a su te&peratura e operaci#n 02

1.5. Reactores especia"es03

. SELECCIÓN DE REACTORES "U#$ICOS &

0.(. Se"ecci#n e euipo e proceso 070.1. Especi6caciones para un reactor uí&ico 28

0.0. 4actores ue in9u/en en "a se"ecci#n e" tipo e reactor 2(

0.2. 4actores t:cnicos 21

0.3. 4actores socia"es 2)

0.5. 4actores econ#&icos 38

0.7. Usos inustria"es e "os reactores uí&icos 58

0.*. ;enta


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+RÓLO>O.

E" tipo e pro'"e&a inustria" a" ue nos re$eri&os en este tra'a


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CA+ITULO I. INTRODUCCION.

(.(. E" reactor uí&ico / "a reacci#n uí&ica.

En "a actua"ia "os procesos uí&icoinustria"es se %an e pro/ectar parao'tener econ#&ica&ente un eter&inao proucto@ a partir e i$erentes&aterias pri&as@ ue se so&eten a etapas i$erentes e trata&iento co&o?

Etapas e trata&iento $ísico para poner"as en "a $or&a en ue pueenreaccionar uí&ica&ente@ / a continuaci#n pasan a" reactor. Los prouctos ereacci#n %an e so&eterse espu:s a nue=os trata&ientos $ísicosseparaciones@ puri6caciones@ etc. para o'tener e" proucto eseao.

En e$ecto "a trans$or&aci#n e unos prouctos en otros e &a/or uti"ia tiene"u!ar a tra=:s e trans$erencia e ca"or / &ateria epeniente e "ater&oin,&ica@ cin:tica / &ecanis&os e "a propia reacci#n uí&ica.

Un reactor uí&ico es un aparato ue proporciona un espacio@ ais"ao e "osa"reeores@ one "a reacci#n uí&ica puee tener "u!ar en conicioneseseaas e te&peratura@ presi#n / concentraci#n.

Las reacciones uí&icas co&o se rea"izan en coniciones inustria"es son casisie&pre co&p"e


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&ezc"a reaccionante. Esta cantia es ne!ati=a cuano es reaccionante /positi=a cuano se trata e un proucto.

La =e"ocia e reacci#n se escri'e nor&a"&ente en "a $or&a?

r=k C Aa

C Bb

/ k = A e

− E RT

Se conocen &uc%as $or&as i$erentes e "a reacci#n !enera". Un an,"isis&ate&,tico eFacto es nor&a"&ente 'astante co&p"e


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por &eio e c%orros eFternos e aire e otro &oo@ e" acero puee ue&arsepor acci#n e" c"oro.

2. E" =a"or econ#&ico re"ati=o e "os reactantes@ prouctos / su'prouctos.

1.2. Reacto,e* ideale*.

a'"are&os en 're=e e estos tres tipos e reactores@ /a ue estos sonre"ati=a&ente $,ci"es e estuiar@ a "a =ez ue sue"en representar e" &e


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1.. Reaccin contin)a di*contin)a.

Ciertos prouctos o'tenios en cantiaes &as 'ien peueHas prouctos$ar&ac:uticos@ co"orantes / otros se $a'rican iscontinua&ente. En una

$a'rica e este tipo e prouctos@ uno puee sorprenerse por "a presencia ecentenares e autoc"a=es@ caa uno e e""os uti"izao para proucir unatone"aa e un proucto un ía / una tone"aa e otro prouctoco&p"eta&ente i$erente a" ía si!uiente. Un siste&a así o$rece una !ran9eFi'i"ia@ especia"&ente cuano "a citaa $,'rica tiene una !a&a e cientose inc"uso &i"es e prouctos caa uno proucio en una esca"a &,s 'ienpeueHa. Otra =enta


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iscontinuas pero "a ap"icaci#n e "os resu"taos a" iseHo e un procesocontinuo no i&p"ica nue=os principios e cin:tica@ puesto ue "os ca&'ios&o"ecu"ares son "os &is&os. La i$erencia estri'a en "a eFistencia e un estaoe 9u


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Sie&pre ue ocurren estas =ariaciones e tie&pos e resiencia aparecen=arias consecuencias i&portantes. Una e e""as es un au&ento en e" ta&aHonecesario e reactor para una proucci#n / una e6ciencia e con=ersi#n aas.Es o'=io ue@ si una $racci#n aprecia'"e e" reaccionante pasa a tra=:s e"reactor en un tie&po &uc%o &as corto ue e" =a"or &eio e paso ta&'i:n

""a&ao tie&po e per&anencia tiene ue ser au&entao para ar esa$racci#n e reactante oportunia e reaccionar &e


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La co&posici#n !"o'a" e" 9uio a "a sa"ia es@ consecuente&ente@ $unci#n e"o ue es =irtua"&ente un nu&ero in6nito e i$erencias e %istoria.

CAPITULO II. CLASI!ICACIÓN DE LOS REACTORES "UI$ICOS.


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CLASI4ICACION DELOS REACTORES

QUIMICOS.

Aspectos&ec,nicos oeta""es e

construcci#n

Reactor tipotanue

Reactores tu'u"ares

Interca&'io e&ateria"es con su

&eio a&'iente.

ReactorescontinuosReactoresiscontinuos

Reactoresse&icontinuos

4ases presentes

Reactores%o&o!:neos

Reactores%etero!:neos

+resencia ecata"izaores

Reactorescata"iticosReactores

autocata"íticosReactores no

cata"íticos

Te&peratura eoperaci#n.

Reactoresisot:r&icos

Reactorespseuoisot:r&icos

Reactores noisot:r&icos

Reactores aia',ticos

Reactores noaia',ticos

Reactoresespecia"es

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2.1. A*4ecto* 6ec7nico* o detalle* de con*t,)ccin.

To&ano en cuenta "a $or&a e "os reactores poe&os c"asi6car"os e "a $or&asi!uiente?

REACTOR TAN"UE. Este es uiz, e" tipo e reactor e &,s uso co&Bn en "ainustria uí&ica. En "a &a/oría e "os casos@ esta euipao con a"!Bn &eioe a!itaci#n por e


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e ca"or %acia e" reactor o ese este@ se "o!ra por &eio e una ca&isa o uniseHo e tu'os e" reactor pueen estar e&pacaos con !r,nu"os ecata"izaor o so"ios inertes. E" reactor tu'u"ar tiene ap"icaci#n en "os casos en"os ue es inispensa'"e e" retro &ezc"ao en "a irecci#n e" 9u


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En "a 6!ura 1.( es posi'"e apreciar "as $or&as en ue se puee ""e=ar a ca'o "atrans&isi#n e ca"or en "os reactores e tanue con a!itaci#n.

Los reactores ci"ínricos son "os &as corrientes@ preo&inano "os e tipo

=ertica". Los reactores =ertica"es se uti"izan en "os si!uientes casos?

a +ara trata&iento e suspensiones o "oos.' Cuano se esea !ran ,rea e super6cie "i're e "iuio con &iras a "a

e=aporaci#n o a "a a'sorci#n e !ases.c Cuano es per


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Los reactorescontinuos e tanuecon a!itaci#n e&B"tip"es etapas sontan corrientes "osreactores e un so"ocuerpo co&o "os e&B"tip"es. Los B"ti&osson &as caros@ perose aaptan &as$,ci"&ente a "as=ariaciones en e"nu&ero e etapaspara"e"as paraau&ento e 9u


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2.1.2. Reacto,e* t)b)la,e*.

E" reactor tu'u"ar se eno&ina así porue en &uc%os casos tiene "a $or&a eun tu'o. Sin e&'ar!o "o ue se entiene !enera"&ente por reactor tu'u"ar escua"uier reactor continuo en e" ue eFiste un &o=i&iento estacionario e unoo e toos "os reactantes en una irecci#n espacia" e"e!ia "os reactantesentran por una parte e" siste&a o un eFtre&o &e


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Este B"ti&o se e&p"ea para procesos enot:r&icos@ &ientras ue "os otros sonapropiaos tanto para procesos enot:r&icos co&o eFot:r&icos. E" reactor etu'o senci""o es &u/ si&p"e.

2.1.2.1. Reacto, de ca,ca*a t)bo*.

La reacci#n puee tener "u!ar en e" interior o en e" eFterior e "os tu'os. Lazona e reacci#n puee contener re""eno para &ezc"ar "as $ases o au&entar "atur'u"encia@ un cata"izaor so"io en $or&a e !r,nu"os o trozos !ranes@ tener"as parees re=estias con un cata"izaor@ o 'ien estar =acíos. Los a!entes etrans&isi#n e" ca"or pueen ser e cua"uier natura"eza? re$ri!erantes@ a!ua@=apor e a!ua@ Dot%er& / sa"es $unias. La 6!ura 1.5 i"ustra e" principio$recuente&ente aoptao e e&p"ear "a &ezc"a reaccionante co&o a!ente eca"e$acci#n@ e en$ria&iento entro e" &is&o reactor. En e" reactor inicao@e" aire reaccionante se preca"ienta por contacto inirecto con "os prouctos ereacci#n / a su =ez se en$ría r,pia&ente.


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2.1.2.2. 8o,no* t)b)la,e*.

Se ap"ican en e" cracGin! e %irocar'uros para o'tener o"e6nas o !aso"inas /@

en !enera" sie&pre ue se reuieran te&peraturas 'astante e"e=aas.

E" %orno consta e una c,&ara e co&'usti#n re=estia con re$ractario@ conuna serie e tu'os &ontaos en "as parees / en "a '#=ea / a =eces en "aso"era. En "a secci#n e raiaci#n "os tu'os est,n en contacto irecto con "as""a&as. La secci#n e con=ecci#n puee estar en "a c,&ara principa"@ separaapor una pare e a"tar@ o 'ien en e" conucto e %u&os. Los tu'os econ=ecci#n pueen tener una e estas e&isiones?


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a +reca"entar "a car!a' Mantener "a te&peratura e reacci#n a"canzaa en "a secci#n e

raiaci#nc Recuperar e" ca"or@ 'ien por e" ca"enta&iento e" aire e co&'usti#n@ o

'ien por !eneraci#n e =apor.

En "a 6!ura 1.7 poe&os apreciar "os tipos ',sicos e %ornos tu'u"ares.


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2.2. Inte,ca6bio de 6ate,iale* con *) 6edio a6biente.

De acuero a estas características nos es posi'"e c"asi6car a "os reactores e "asi!uiente &anera?

REACTOR CONTINUO. Los reacti=os se introucen / "os prouctos se eFtraen

si&u"t,nea&ente / en $or&a continua en "os reactores e esta íno"e. Estepuee tener "a $or&a e un tanue@ una estructura tu'u"ar o una torre@ / tiene&u"titu e ap"icaciones en p"antas e !ran esca"a con e" prop#sito e reucir"os costos e operaci#n / $aci"itar e" contro" e ca"ia e" proucto.

REACTOR DISCONTINUO. Este tipo a&ite toos "os reacti=os a" principio /"os procesa se!Bn un curso preeter&inao e reacci#n urante e" cua" no sea"i&enta o se eFtrae nin!Bn &ateria". +or "o co&Bn@ e" reactor tiene "a $or&a eun tanue con o sin a!itaci#n@ / se usa pri&oria"&ente en una proucci#n apeueHa esca"a. La &a/oría e "os atos cin:ticos ',sicos e" iseHo e"reactor se o'tienen e esta c"ase e euipo.

REACTOR SE$ICONTINUO. A esta cate!oría pertenecen aue""os reactoresue no satis$acen por co&p"eto "as os c"ases antes &encionaas. En uno e"os casos@ a"!unos e "os reacti=os se car!an a" principio@ en tanto ue "osrestantes se osi6can continua&ente con$or&e se esarro""a "a reacci#n. Otrotipo es si&i"ar a" reactor iscontinuo@ eFcepto ue uno e "os prouctos o &asse eFtrae en $or&a continua.

2.2.1. Reacto, contin)o ti4o tan3)e con a+itacin 9C.S.T.R.:

Se e&p"ea $recuente&ente en serie? "os reactantes se a"i&entan

continua&ente a" pri&er tanue@ ese e" cua" 9u/en a tra=:s e otrosreactores e "a serie &anteni:nose a!itaci#n aecuaa en caa uno e e""ospara "o!rar "a uni$or&ia e concentraci#n. Consierano e" siste&a co&o untoo@ eFiste un !raiente e concentraciones esca"onao.

Las i=ersas etapas e una 'atería e reactores e tanue con a!itaci#npueen %acerse en uno so"o en "u!ar e e$ectuarse en i=ersos tanues. Si es%orizonta"@ e" reactor e &B"tip"es etapas esta i=iio por ta'iues =ertica"ese i$erentes a"turas@ por enci&a e "as cua"es re'osa "a &ezc"a reaccionante.Cuano "os reactantes son parcia"&ente &isci'"es / sus ensiaes "osu6ciente&ente istintas@ e" reactor =ertica" conuce a "a operaci#n encontracorriente@ e %ec%o e consiera'"e i&portancia en "as reaccionesre=ersi'"es.

+or tanto este tipo e reactor consta e =arios a &enuo tres o cuatrotanues 'ien a!itaos en serie / tiene un 9u


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ci"inros e a"tura i!ua" a" i,&etro@ es esencia" una 'uena a!itaci#n e sucontenio e "o contrario una !ran parte e" 9uio pasaría irecta&ente e "aentraa a "a sa"ia@ / una 'uena parte e" =o"u&en e" recipiente seria espacio&uerto.

En e$ecto "a característica &as i&portante es "a a!itaci#n e" reactor C.S.T.R.puee ser escrito en consecuencia en t:r&inos &as a'stractos@ co&o unsiste&a e reacci#n e =arias etapas para e" ue "a pri&era aproFi&aci#n &asi#nea es "a esti&aci#n e su co&porta&iento@ se 'asa en "a %ip#tesis e una&ezc"a per$ecta en caa etapa.

La &ezc"a %ace ue entro e caa tanue@ toos "os e"e&entos e" 9uioten!an =irtua"&ente "a &is&a co&posici#n / ue esta sea "a &is&a ue "aco&posici#n e sa"ia. Esto ori!ina un ca&'io iscontinuo e co&posici#nese un tanue a" si!uiente@ / ta&'i:n una peria por recircu"aci#n una&o":cu"a ue entra en un tanue en un &o&ento ao tiene una pro'a'i"ia

6nita e encontrar casi in&eiata&ente e" ca&ino e "a corriente necesaria esa"ia. Esta es "a raz#n por "o ue es corriente&ente necesario uti"izar =ariostanues en serie si %u'iese so"o uno o os@ porían proucirse periasaprecia'"es e reacti=o sin reaccionar. aunue esta peria@ es en ciertosentio@ una consecuencia e "a a!itaci#n@ %a'ría un re circu"ante &uc%o&a/or@ entro e un tie&po corto co&parao con e" tie&po e resiencia&eio@ si no %u'iese a!itaci#n@ puesto ue esto aría "u!ar@ co&o se %a&encionao@ a un paso irecto entre "a entraa / "a sa"ia.

Otra =enta


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Las características principa"es e este tipo e reactores son "as si!uientes?

(. La reacci#n uí&ica se ""e=a a ca'o en siste&a a'ierto1. Los reactantes se aHaen / escar!an continua&ente0. Operan a r:!i&en esta'"e.

En "a 6!ura 1.* poe&os o'ser=ar "os reactores tipo tanue a!itao en serie /en uno so"o.


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2.2.2. Reacto, contin)o t)b)la,.

Se caracteriza por un !raiente continuo e coniciones e concentraciones en"a irecci#n e" 9u


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2.2.. Reacto,e* *e6icontin)o*.

Se sue"e e&p"ear un so"o tanue con a!itaci#n. A"!unos e "os reactantes secar!an en e" reactor e una =ez@ / "os restantes entran co&o a"i&entaci#ncontinua. Este &oo e operaci#n es &u/ con=eniente cuano se proucene$ectos t:r&icos nota'"es@ /a ue per&ite retrasar "as reacciones tantoenot:r&icas co&o eFot:r&icas por "i&itaci#n e "a concentraci#n e uno e"os reactantes@ &anteni:nose así "a reacci#n entro e "os "i&ites aecuaospara "a trans&isi#n e" ca"or. Ta&'i:n es con=eniente este tipo e operaci#ncuano "a $or&aci#n e prouctos en concentraciones e"e=aas puee ori!inarprouctos secunarios inesea'"es@ o 'ien cuano uno e "os reactantes es un!as e so"u'i"ia "i&itaa@ ue so"a&ente puea entrar co&o a"i&entaci#n a"a =e"ocia e iso"uci#n.


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2.2.'. Reacto,e* di*contin)o*

Este reactor tiene "a =enta


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En rea"ia a &enuo@ "os reactores ser,n inter&eios entre estos os tipos@sieno un caso i&portante e" e" reactor Pen etapas o con os zonas econcentraci#n.

En "a ta'"a anterior@ poe&os o'ser=ar "a c"asi6caci#n e "os reactores en 'asea "as $ases presentes.

En "a si!uiente 6!ura poe&os apreciar "os siste&as %o&o!:neos / susi=ersos tipos e reactores.


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2.'. Cla*i;cacin en ba*e a la 4,e*encia de catalio.

E" cata"izaor 'a


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2.'.1.2. Reacto,e* de lec=o 6?il

Co&o su no&'re "o inica@ este tipo e reactores posee un "ec%o e cata"izaoren &o=i&iento e" cata"izaor circu"a 'a


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Reactores e "ec%o 6


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+ara sa'er@ e" reactor &,s aecuao para un 6n eter&inao e" ue tiene un=o"u&en &as peueHo se encuentra ue?

(. +ara presiones 'a


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2.0.'.Reacto,e* adiab7tico*.

Supone un ais"a&iento tota" e" reactor con e" &eio eFterior. Las =ariacionese "a te&peratura entro e" reactor =ienen eter&inaas por e" ca"or ereacci#n.

2.0.0.Reacto,e* no adiab7tico*.

Se supone para este tipo e reactores una p:ria e ca"or a "os a"reeores.

NOTA? es i&portante ac"arar ue para esta c"asi6caci#n "os reactores &asuti"izaos para operaci#n aia',tica / en 'ase a su te&peratura e operaci#nson? e" reactor e 9u


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2.(.1. Reacto,e* de lla6a.

A"!unas reacciones entre !ases se e$ectBan a te&peraturas e"e=aas sincata"izaor@ por &ezc"a e "os reactantes en un ue&aor e escar!a e "a&ezc"a incanescente en una &is&a 'oui""a e" !eneraor@ en "a c,&ara o'ien en "a sa"ia e "a &is&a.

Las reacciones en ""a&as per&iten o'tener r,pia&ente "as te&peraturas &asa"tas. Si a continuaci#n se ispone e un en$ria&iento r,pio por e/ecci#n euna corriente $ría@ puee e=itarse "a $or&aci#n e su'prouctos. La ""a&a so"oes esta'"e entro e "os "i&ites re"ati=a&ente estrec%os e =e"ociaes ereacci#n / caua" e "os !ases.

Las =e"ociaes espacia"es =arían a&p"ia&ente@ epenieno e" tipo ereacci#n e ue se ispon!a o no e una c,&ara e pre&ezc"ao e "osreactantes antes e" reactor. E" iseHo e "os reactores es re"ati=a&entesenci""o / consta e 'oui""as e &ezc"ao o ue&aores@ c,&ara a'ierta /siste&as e en$ria&iento.

En "a 6!ura 1.() poe&os o'ser=ar este &oe"o e reactor.


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En "a &a/oría e "os casos@ "os reactores son recipientes e proceso así co&o%ornos@ &ezc"aores@ euipos e contactores e !asso"io@ interca&'iaorese ca"or u otro euipo con=enciona" e proceso uí&ico@ aaptaos o&oi6caos para una reacci#n especí6ca.

CAPITULO III. SELECCIÓN DE REACTORES "U#$ICOS.

.1. Seleccin de e3)i4o de 4,oce*o.

La se"ecci#n e "os tipos / ta&aHos e" euipo para "a p"anta e procesoreuiere una consiera'"e eFperiencia en este ca&po para poer e$ectuar un'uen tra'a


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Despu:s e ue e" in!eniero %a %ec%o una "ista e toas "as necesiaes e"euipo 'as,nose en "os ia!ra&as e in!eniería / espu:s e %a'er rea"izao"os c,"cu"os e iseHo necesarios ""ena una $or&a con "as especi6caciones paracaa pieza e euipo i&portante@ usano euipo nor&a" sie&pre ue seaposi'"e. Si se necesitan cotizaciones e" euipo se e'en presentar a "os

pro=eeores %o


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.1.2.E3)i4o e*4ecial e3)i4o no,6al

E" =a"or e uti"izar euipo nor&a" e" tipo e 'o&'as / ca&'iaores e ca"or es'ien reconocio en e" ca&po e "a in!eniería uí&ica. De too e" euipo sereuiere sie&pre 'uen $unciona&iento / ser=icio "os errores en e"


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Los $a'ricantes e" euipo est,n sie&pre eseosos e ar ser=icio@ /a ue estaes sie&pre una e "as $or&as &e


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escritura e "as especi6caciones no e'e consierarse co&o un arte especia"@sino co&o un reuisito ue e'e cu&p"ir caa in!eniero uí&ico. Lasespeci6caciones e'en contener toa "a in$or&aci#n ue se consiere esencia"@inc"u/eno co&posici#n@ características $ísicas / uí&icas e "os &ateria"esue se =a/an a &ane


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A" $a'ricante e'e ,rse"e "a in$or&aci#n necesaria para "a se"ecci#n / iseHoe" siste&a e a!itaci#n@ e" siste&a para trans$erencia e ca"or / e"recipiente. Los $a'ricantes est,n enteraos e "os secretos e a"!unosprocesos@ por "o ue ser, con=eniente escri'ir"es "a reacci#n en t:r&inos ea"!Bn 9uio ue sea si&i"ar. Las propieaes $ísicas e" &is&o e'en ser

razona'"e&ente eFactas.

A &eia ue se =an &e


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En one "os su'ínices $ / 8 representan "as coniciones e sa"ia 6na"es e"reactor / "as e entraas inicia"es@ respecti=a&ente. La re"aci#nesteuio&:trica a se inc"u/e para ue ten!a un =a"or e" (88 en caso euna con=ersi#n co&p"eta e A.

.'.1.!acto,e* 3)6ico*.

Los $actores uí&icos e" proceso inc"u/en e" tipo e reacci#n si&p"e oco&p"e


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+ , ! i n a - '&

=ariea e "on!itues e caena / pesos &o"ecu"ares co&o resu"tao e "ain9uencia e =arios $actores uí&icos / $ísicos e" proceso. Las propieaes e"po"í&ero ue constitu/en e" proucto se contro"an a tra=:s e "a istri'uci#ne" &is&o@ ue es e" $actor c"a=e para se"eccionar e" tipo e reactor.

De'io a "a natura"eza su&a&ente =iscosa e "a &ezc"a e reacci#n@ "a&a/oría e "as reacciones e po"i&erizaci#n se ""e=an a ca'o en reactores etanue a!itao@ /a sea e $unciona&iento continuo o iscontinuo. La ecisi#nesta@ entonces@ entre estas os c"ases e reactores / esta re!u"aa por "osreuisitos e "a capacia e proucci#n / "a istri'uci#n e" proucto.

+ara proucciones a peueHa esca"a casi sie&pre se pre6ere un reactoriscontinuo. Esta c"ase e reactores se caracteriza ta&'i:n por e" %ec%o e uetoos "os co&ponentes tienen a tener un tie&po e resiencia uni$or&econ$or&e "a concentraci#n e" &on#&ero si!ue ecrecieno a" esarro""arse "areacci#n. La situaci#n in=ersa pre=a"ece en e" caso e" reactor continuo e

tanue a!itao. Así@ pues@ e" reactor iscontinuo ar, un reni&iento e pesos&o"ecu"ares ue e" reactor continuo. +ara reacciones "entas e po"i&erizaci#n@e" siste&a continuo puee reuerir una 'atería e reactores e tanuesa!itaos para satis$acer "as necesiaes e proucci#n.

REACCIONES CONSECUTI;AS. En e" curso e una reacci#n consecuti=a

e"e&enta" e" tipo A K

1

→

B K 2

→

D@ si V es e" proucto eseao@ es o'=io ue CV

pasa por un &,Fi&o en a"!Bn punto inter&eio. En un reactor continuo etanue a!itao@ %a/ e"e&entos istintos e" 9uio reaccionante ue tenrían

una =ariea e tie&pos e resiencia e'io a "as coniciones e 9u


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+ , ! i n a - '5

d C B

d C D=

K 1

K 2× C

A

m−n

Cuano & es &a/or ue n e" reni&iento e V se =e $a=orecio por una !ranconcentraci#n e A. Esta conici#n se "o!ra en un reactor iscontinuo o tu'u"aren e" ue e" ca&'io e concentraci#n e" reacti=o sea !raua" / "aconcentraci#n pro&eio e" reacti=o sea superior a "a e" reactor continuo etanue a!itao. No o'stante@ e" reni&iento e este B"ti&o &e


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+ , ! i n a - '%

i&portante ue "a reacci#n &is&a e" tipo e reactor. No o'stante@ casisie&pre se pre6ere usar en este caso un reactor tu'u"ar e 9uRADO DE RETROMEKCLADO.

Este $actor =aria ese un &,Fi&o para un reactor e retro &ezc"ao@ %asta un

&íni&o para un reactor iea" e 9u


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+ , ! i n a - 0/

8ete,o+neal3)ido+a*

Recipiente a!itao@ se&icontinua o continuo. Torre e a'sorci#n continuo.

8ete,o+neal3)ido*lido

Recipiente a!itao@ por car!a o continuoCo"u&na e re""eno@ continuo

8ete,o+neo

l3)ido*lido+a*

Tu'os cortos re""enos s#"ios estacionarios@ !as en

circu"aci#n@"ec%o e re""eno 6


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+ , ! i n a - 02

"a&inar@ e" tu'o "ar!o / "a te&peratura / presi#n $,ci"&ente contro"aos.La istri'uci#n e tie&po e resiencia puee to&arse co&o "os e 9u


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+ , ! i n a - 0

E


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+ , ! i n a - 0'

2. Caía e presi#n por pie e a"tura e" "ec%o 8.0 "i'raspu"!aa1. Daoue pueen necesitar !ranes cantiaes e !as i&ensi#nese /ca"cB"ese "a potencia e" =enti"aor o sop"ante.

3. +re=:ase una "on!itu sup"etoria e" (88 e "a "on!itu e" reactorpara eFpansi#n e" "ec%o / recept,cu"o e "a e"utriaci#n e "os

s#"ios.5. Los so"ios se e"utriar,n e" "ec%o. +re=er cic"ones separaores /6"tros e !ases. Suponer una =e"ocia e e"utriaci#n e 8.8( "i'ras&pie1se!..

.0. !acto,e* *ociale*.

Los $actores co&prenios en esta c"asi6caci#n no se e=a"Ban irecta&ente ent:r&inos &onetarios@ pero si pueen in9uir en "a ecisi#n e" tipo e reactorue se auiera. +or e


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+ , ! i n a - 00

E" ínice &,s a&p"ia&ente conocio es e" En!ineerin! NesRecor IneF@ ueca"cu"a / pu'"ica "a re=ista En!ineerin! Ne Recor. 4ue e" pri&ero e "osínices / es e" ue &as se uti"iza en "a inustria e "a construcci#n. En unínice &eio ponerao e "os costes e" acero@ &aera@ ce&ento@ / &ano eo'ra. E" r,pio incre&ento e "os costos e construcci#n@ e !ran i&portanciaen "a inustria uí&ica@ resu"ta e=iente a" conte&p"ar e" !ra6co en cuesti#n.Muc%as corre"aciones e "os costes e euipos e "a inustria uí&ica@ to&anco&o 'ase un eter&inao ínice ENR por e


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+ , ! i n a - 0(

Auí puee %acerse una pertinente ac"araci#n en "o concerniente a" costo e"as &oernas p"antas uí&icas. E" ínice ENR para costos e construcci#ncrece &uc%o &as r,pia&ente ue "os ínices re"ati=os a" costo e "os euipos.La conc"usi#n a "a ue se ""e!a e" estuio e estos ínices@ / ue =ienecon6r&ao por "a eFperiencia practica@ es ue "os costos e "as p"antas

uí&icas est,n crecieno r,pia&ente@ e'io pri&oria"&ente a" r,piocreci&iento en e" costo e "os tra'a


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+ , ! i n a - 05

&u/ parecios / 'astante co&petiti=os@ sin e&'ar!o un =eneor pueeue reuzca sus precios inc"uso %asta 08 si cree@ o se "e %ace creer@ue con e""o reci'ir, un !ran peio. +or otro "ao a"!unos euipos so"o"os $a'rican una o os 6r&as. Dis$rutan e un &onopo"io / por tanto=enen so"o a a"tos precios / con !ranes 'ene6cios.

La co&petencia o su ausencia@ in9u/en &uc%o en e" costo e co&pra e"os euipos e "a inustria uí&ica.

1. La co/untura econ#&ica / e" =o"u&en e ne!ocio e "os =eneores. Los$a'ricantes e euipo est,n &u/ "i!aos por su $a'rica@ &auinaria /tra'a


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+ , ! i n a - 0%

.(.0.Una co64ilacin de co*te de e3)i4o.

En "a ta'"a 0.5.3.(. se inc"u/en "os costos e co&pra e euipo insta"ao@ pararecipientes e proceso. Los costes se %an corre!io en cuanto a tie&po@re6ri:no"os toos a" &es e Ju"io e ()78. Esta "ista e costes se %a copi"aoen 'ase a "os tra'aut%rie@ +eters an Ti&&er%aus@ / Vau&an. Loscostes se %an ta'u"ao o eFpresao e $or&a ta" ue puee $,ci"&enteca"cu"arse e" costo para un eter&inao ta&aHo en particu"ar.

En "a ta'"a anterior a caa concepto se "e %a asi!nao os costes?

(. E" coste e co&pra@ ue es e" coste o$ertao por e" constructor e"euipo. no inc"u/e nin!uno e "os !astos ue se eri=an e cua"uier


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+ , ! i n a - (/

%ec%o anterior a "a insta"aci#n en "a p"anta / puesta o punto para su$unciona&iento.

1. E" costo insta"ao@ ue es e" costo e co&pra e" euipo &as "os !astosen ue se incurre %asta ue e" euipo esta correcta&ente insta"ao /=eraera&ente "isto para $uncionar.

Se %an ta'u"ao "os costes e esta &anera por os &oti=os?

(. En "os c,"cu"os e 'a"ances econ#&icos@ se necesita uti"izar e" costoinsta"ao &ar!ina" e un euipo en particu"ar / e" costo e co&pra nore9e


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+ , ! i n a - (1


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+ , ! i n a - (

.&.U*o* ind)*t,iale* de lo* ,eacto,e* 3)6ico*.


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+ , ! i n a - ((

' +ara tie&pos e resiencia &u/ !ranes@ su ta&aHo es a "a =es &u/!rane.

c Menos e6ciente en !enera" ue e" reactor tu'u"ar.

.%.. Reacto, di*contin)o.

a Costos e operaci#n e"e=aos.' +roucci#n a peueHa esca"a.c Di$íci" contro" e ca"ia e" proucto.

.%.'. Reacto, *e6icontin)o.

a Costos e operaci#n e"e=aos.

.%.0. Reacto, de lec=o ;>o.

a Trans$erencia e ca"or !rane.' Di$íci" &antener una istri'uci#n uni$or&e e 9u


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+ , ! i n a - (&

Dentro e este te&a tratare&os "a ap"icaci#n e "os recursos &encionaos ene" capitu"o anterior para "a reso"uci#n e un pro'"e&a ao.

• +ROVLEMA NUMERO (.

+ara un proceso e nitraci#n@ cu/a 6na"ia es o'tenci#n e nitro'enceno@uti"izano 'enceno / acio nítrico co&o reacti=os en presencia e aciosu"$Brico co&o cata"izaor "as coniciones e operaci#n son@ presi#n (at&os$era@ te&peratura en un inter=a"o e 23)38C. Se reuiere conocer e" tipoe reactor aecuao@ así co&o "os costos e co&pra / co&o euipo insta"ao@si se necesita un reactor e 0888 !a"ones e capacia.

SOLUCION.

+ara eter&inar e" tipo e reactor &as aecuao a "a reacci#n@ poe&osrecurrir a "a in$or&aci#n presentaa en "a secci#n 0.2.0 e" capitu"o 0@ oneen 'ase a" tipo e reacci#n reco&ienan e" tipo e reactor.

En e" enunciao e" pro'"e&a se o'ser=a ue "os reacti=os est,n en $ase"iuia / ue son sustancias in&isci'"es@ por e""o poe&os %a'"ar e unareacci#n %etero!:nea "íuio"íuio. En e" capítu"o 0 secci#n reacciones%etero!:neas se proporciona in$or&aci#n so're e" tipo e reactor &,saecuao para esta reacci#n@ así co&o tipo e a!itaor para este reactor.Entonces se!Bn esta in$or&aci#n se necesita un reactor a!itao con tur'ina /cortacorrientes con un consu&o e 3 %p(888 !a"ones.

Una =ez eter&inao e" tipo e reactor aecuao@ proceere&os a "aesti&aci#n e "os costos. +ara e""o recurrire&os a "a ta'"a 0.5.3.( one se

&uestra una in$or&aci#n e $,ci" interpretaci#n / $or&a senci""a e reso"uci#npara "a o'tenci#n e "os os tipos e costos ue se reuieren.

To&ano co&o atos "a presi#n@ capacia e" tanue / potencia e" a!itaorpara "a capacia reueria.

En "a ta'"a@ para "a presi#n necesaria %a/ reactores e tres tipos i$erentes e&ateria" e construcci#n to&are&os un tanue e acero inoFia'"e e'io aue esta&os tra'a


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+ , ! i n a - (5

Costo e" tanue e acero inoFia'"e? (88 08888.*1Y78))5.) #"ares

Costo e" a!itaor e acero inoFia'"e? 1888 (38.35Y )((1.37 #"ares

COSTO TOTAL DEL REACTOR INSTALADO? 5/1/%.'& dla,e*.

NOTA?

Las esti&aciones e costos $ueron %ec%as uti"izano una ta'"a e "a re$erenciaI;. Con e" &is&o procei&iento puee rea"izarse "a esti&aci#n e&p"eanota'"as o !ra6cas con atos actua"izaos.

• +ROVLEMA NXMERO 1.

Son reuerias 1 esti&aciones para un reactor enc%auetao con capacia e5888 !a"ones con una presi#n e operaci#n e (13 psi / una te&peratura e03884.

Las esti&aciones se reuieren para acero inoFia'"e 0(5 / 082.

SOLUCIÓN.

Reso"=ere&os este pro'"e&a uti"izano una !ra6ca para esti&aci#n e costose euipo pu'"icaa en "a re=ista C%e&ica" En!ineerin! corresponiente a" &ese a'ri" e ()51.

Se o'ser=a ue "a ta'"a esta iseHaa para una capacia e %asta (8888

!a"ones / os tipos e acero inoFia'"e.Co&o orenaa tene&os "os costos e co&pra e" reactor resu"ta entonces&u/ senci""a "a esti&aci#n e costos para "os reactores e i$erentes tipos eacero. +or tanto@ tene&os?

( +ara acero inoFia'"e tipo 0(5 / una capacia e 5888 !a"ones@ setiene un costo e 2* 388 #"ares.

1 +ara un acero inoFia'"e 082 / una capacia e 5888 !a"ones se tienenun costo e 20888 #"ares.

A%ora "a ecisi#n esta entre "os tanues e i$erentes aceros en 'ase a su

precio / sus características /a ue e" acero tipo 0(5 es &as resistente a "acorrosi#n@ / e" tipo 082 tiene 'a


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+ , ! i n a - (%

Estas !ra6cas para "a esti&aci#n e costos e euipo son pu'"icaasperi#ica&ente por re=istas e in!eniería uí&ica para istintos tipos eeuipo / son una $uente &u/ rica para esti&aciones r,pias e costos.

A continuaci#n se &uestra "a !ra6ca para "a esti&aci#n e "os costos e"reactor en "os os tipos e acero. La !ra6ca contiene un ran!o para 8(8888!a"ones / una presi#n e 73 psi para e" enc%aueta&iento se tienen (13 psi.

• +ROVLEMA NXMERO 0.

Se necesita conocer e" costo aproFi&ao e un reactor tanue e acero=itri6cao para una presi#n e 38 psi!. a ue se rea"izara una reacci#n peroeFiste "a posi'i"ia e rea"izar"a ta&'i:n en un reactor e acero inoFia'"etipo tanue por tanto es necesario conocer "os precios e "os os reactorespara eciir por uno en cuanto a" precio. La capacia reueria es e 1888!a"ones.

SOLUCIÓN.

+ara "a so"uci#n e este pro'"e&a =a&os a uti"izar e" no&o!ra&a 0.5.5.(. aue en su "istao e euipo encontra&os "o ue se reuiere conocer en e"pro'"e&a entonces to&a&os "as coorenaas corresponientes / tene&os?

( +ara un reactor e acero =itri6cao / 38 psi! [Y1.38 / Y2.(8 nos aun costo e (()88 #"ares.


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+ , ! i n a - &/

1 +ara un reactor e acero inoFia'"e / 38 psi! [Y1.08 / Y2.(0tene&os un costo e (1888 #"ares.

Entonces poe&os eciir por e" ue resu"ta &as econ#&ico /a ue esinistinto para ""e=ar a ca'o "a reacci#n.

NOTA?

Los costos esti&aos en este pro'"e&a corresponen a" aHo e ()58. Auí sepretene &ostrar otro recurso para c,"cu"o r,pio / senci""o e costo eeuipo.


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CONCLUSIONES

En "a se"ecci#n e" tipo e reactor@ "os $actores t:cnicos son e i&portanciaconsiera'"e /a ue por &eio e estos poe&os 'asarnos en "aeter&inaci#n e" tipo e reactor &as aecuao@ aas "as coniciones eoperaci#n.

+or e""o es e pri&oria" i&portancia tener e6nios $actores co&o e" tipoe reacci#n@ "a $ase en ue se ""e=ar, a ca'o@ coniciones e presi#n@te&peratura@ / concentraci#n e "os reacti=os.

De6nios e" tipo e reactor a uti"izar poe&os eter&inar su costo@ esto esun $actor e !ran i&portancia poe&os a!re!ar ta&'i:n ue una &is&areacci#n puee ""e=arse a ca'o no so"a&ente en un &is&o tipo e reactor /se puee eciir por a"!uno en 'ase a" costo.

+ara "a eter&inaci#n e" costo e un reactor "a característica &as

i&portante es conocer e" ta&aHo e" &is&o /a ue co&o se escri'i# eneste tra'a


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+ , ! i n a - &

para "a separaci#n e" reactante / recircu"aci#n / una in=ersi#n superioren e" euipo e separaci#n.

+or e""o es e !ran i&portancia se"eccionar aecuaa&ente e" ta&aHo / tipo ereactor? e" euipo en una inustria tiene una i&portancia enor&e /a ue por&eio e :" poe&os ""e=ar a ca'o "as operaciones / procesos para o'tener "osprouctos reuerios / eseaos.

E" presente tra'a. Economía de los procesos químicos. Eitoria"Re=ert:@ S.A. ()*5.

3. Le=enspie"@ Octa=e Ingeniería de las reacciones químicas. Eitoria"Rep"a@ S.A. ()*7.

5. +err/ . Ro'ert an C%i"ton@ Ceci" Manual del Ingeniero Químico.Eitoria" Mc >ra i"". ()*2.

7. +eters MaF@ S. an Ti&&er%aus D.@ Z"aus Plant Design and Economicsfor !emical Engineers. Internationa" Stuent Eition. ()53.

*. Rase 4.@ . an Varro M.@ . Ingeniería de pro"ectos para plantas de proceso. Eitoria" C.E.C.S.A. ()*2.

). U"ric% D.@ >. Procesos de Ingeniería Química. Eitoria" Intera&ericana.()*5.

(8.;i"'rant@ 4ranG an Dr/en E.@ C%ar"es@ Ingeniería Química del Diseño dePlantas Industriales. Eitoria" Mc. >ra i"". ()*8.

((.\a"as M.@ S. in#tica de las Reacciones Químicas. Eitoria" A!ui"ar@ S.A.()71.

(1.\uit%ier@ +. El Petróleo$ Re%no " Tratamiento Químico. Eitoria"C.E.+.S.A. Instituto 4ranc:s e" +etr#"eo.

(0.!emical Engineering Maga&ine. Ari"@ ()*1.


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