7/26/2019 Clculos para reactores

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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 +

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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).

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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:

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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:

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Arreglo TAC-FPI:

R1

R2

El balance de masa del TAC queda:

F F C 1 0,0101 + V = 0Sabemos que:

F= F1

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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:

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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

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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

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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.

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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:

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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:

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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%.