LEM VI Grupo: 2801 Semestre: 2013-2 Cuestionario Previo Practica Practica 4: Reactor Continuo de Mezcla Completa Completa CSTR
1. ¿Qué ventajas hay en utilizar un reactor r eactor CSTR si se compara con los utilizados por lotes? Se trabaja en estado estacionario y a presión atmosférica, manteniendo temperatura y concentración uniforme en todo el reactor. Tenemos un flujo constante. El tiempo de mezcla es muy m uy pequeño comparado con el tiempo de residencia en el reactor. r eactor. El costo de operación es bajo y se puede controlar con mucho más eficiencia la calidad del producto, además de que son más efectivos en la producción a gran escala. Es relativamente fácil controlar la temperatura. La conversión de reactivo por volumen de reactor es la más pequeña de todos los reactores de flujo, se requieren reactores muy grandes para conversiones elevadas. En un reactor por lotes se utilizan en pequeña escala y se pueden obtener conversiones elevadas en periodos largos de tiempo, sin embargo, los costos de mano de obra son elevados y es difícil la producción a gran escala.
2. De acuerdo con la ecuación del reactor, que diferencia existe entre un reactor por lotes y un reactor de tipo tanque agitado (CSTR). Se realiza un balance de materia con base al reactivo limitante, tomando en cuenta que la composición es uniforme y que durante la reacción no sale ni entra fluido al sistema:
= ++ó (−) ∗ = − = ((1 − ) = −
Dónde: rA= (moles de A reaccionados)/ (tiempo)*(volumen)
Resolviendo nos queda la ecuación del tiempo necesario para alcanzar cierta conversión en condiciones isotérmicas o no isotérmicas. El volumen y la velocidad varían con respecto al tiempo.
= ∫ (−) ∗ Si La densidad del fluido permanece constante: = ∫0 − = − ∫ −
En el intermitente al analizar la ecuación se determina el tiempo de residencia a partir de hasta donde se quiere llevar la reacción es decir:
Elaborado por: Alejandra Rodríguez Ávila
Entrega: 5/Febrero/2013
LEM VI Grupo: 2801 Semestre: 2013-2 Cuestionario Previo Practica 4: Reactor Continuo de Mezcla Completa CSTR Como la composición es uniforme en todo el reactor:
= ++ó Entrada: (− ) = Salida: (− ) Entonces: = (− )∗ Que en términos generales es:
= = ((− −) ) Para casos donde la densidad es constante:
= − = − −
La facilidad de interpretación de los datos provenientes de un reactor de tanque agitado hace que su empleo sea muy atractivo en estudios cinéticos, particularmente en reacciones completas. Además, cada reactor tiene ya determinado su punto de concentración en un tiempo, es decir:
3. Explique a que comportamiento límite se asemeja un conjunto infinito de reactores CSTR. Si existe un conjunto de reactores de tanque agitado en serie: Como hay agitación continua a régimen permanente (para evitar canalizaciones y pérdida por recirculación), y la alimentación tiene una composición uniforme, la corriente de salida tendrá la misma composición que la que existe en el interior del reactor. Los reactores son conectados en serie de tal modo que la salida de corriente de un reactor es la corriente de alimentación para otro reactor. El descenso de concentración de los reactivos hace que, al igual que la concentración inicial del alimento, la velocidad media de reacción sea inferior a la del reactor tubular.
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LEM VI Grupo: 2801 Semestre: 2013-2 Cuestionario Previo Practica 4: Reactor Continuo de Mezcla Completa CSTR A medida que se incrementa el número de reactores tanque agitado, el comportamiento o tiempo de residencia del sistema de reactores de mezcla perfecta se aproxima al del reactor de flujo en pistón.
En el siguiente gráfico se puede observar cómo podemos modelar un PFR como varios CSTR en serie.
4. Mencione que otros tipos de modelos de reactores de este tipo existen. Reactor de Lecho Fluidizado: Utilizado normalmente en reacciones donde intervienen dos fases, un sólido y un fluido. La fase gaseosa se hace pasar a través de las partículas sólidas a una velocidad considerable manteniendo una temperatura constante. Reactor de Lecho fijo: Contienen tubos empacados con un catalizador que forma varias capas formando un lecho. Operan en posición vertical. Reactor Tubular: Tubo cilíndrico operado normalmente en estado estacionario, no tiene variación radial de la concentración. Los reactivos se consumen a medida que fluyen a lo largo del reactor. 5. Elabore el diagrama de flujo del reactor a utilizar.
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LEM VI Grupo: 2801 Semestre: 2013-2 Cuestionario Previo Practica 4: Reactor Continuo de Mezcla Completa CSTR 6. Incluir una tabla de las variables a medir durante la operación del reactor. Concentración Inicial [M] Concentración a la entrada del reactor [M] Concentración a la salida del reactor [M] Temperatura de Operación [ºC]
Tiempo [min]
Flujo Volumétrico de Entrada [GPM]
Flujo Volumétrico de Salida [GPM]
Conductividad [mS]
0 5 10 15 20
7. Calcular la conversión alcanzada para el reactor tipo CSTR, utilizado en la experimentación de acuerdo a la ecuación de diseño. Siendo la ecuación de diseño de un reactor CSTR:
= = − En función de la Conversión: ) = ∗(− Teóricamente tenemos orden 2, sustituimos el término de rapidez: = 02(1−)2 Con los datos que tenemos: Volumen del Reactor= 19 Litros Concentraciones: Acetato de Etilo= 0.005M Hidróxido de Sodio= 0.1M K= 0.636 L/mol*min Sustituyendo:
= = = ( )(. )(. )(− ) (− ) ∗ = = = . (. )
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LEM VI Grupo: 2801 Semestre: 2013-2 Cuestionario Previo Practica 4: Reactor Continuo de Mezcla Completa CSTR
Bibliografía.
Smith J., Ingeniería de la Cinética Química,
Editorial CECSA, Madrid, 1986.
Levenspiel, Ingeniería de las Reacciones Químicas,
Limusa, Willey, Inglaterra, 1996.
Elaborado por: Alejandra Rodríguez Ávila
Entrega: 5/Febrero/2013
