Ingeniería de las Reacciones

Diseño de reactores isotermos

Reactor ideal discontinuo:

En un reactor ideal discontinuo se supone que la mezcla de reacción está perfectamente agitada, por lo que no existe variación en la velocidad de reacción a lo largo de volumen del reactor. Además al ser un reactor discontinuo los términos de entrada y salida se anulan, es decir Fjo=Fj=0. Teniendo en cuenta estas consideraciones la expresión queda:

Teniendo en cuenta la definición de conversión de reacción:

despejando Nj

diferenciando Nj respecto al tiempo

sustituyendo en la ecuación

separando en variables e integrando obtenemos

Los límites de integración se sitúan entre Xae (conversión de entrada) y Xaf (conversión final) para la conversión, y entre 0 (tiempo inicial) y tf (tiempo total de reacción) para el tiempo de reacción. Integrando obtenemos

Esta última ecuación representa la ecuación general de diseño para un reactor discontinuo ideal.

Reactor de mezcla perfecta en estado estacionario

Si aplicamos un balance molar global al reactor de mezcla perfecta:

Entra + Genera - Sale = Acumula

Como estamos en estado estacionario el término de acumulación se anula, con lo que nos queda

Un factor muy importante a tener en cuenta es (ra)s. Este término indica que la velocidad de reacción ha de ponerse en condiciones de salida, es decir la función de concentración de la velocidad de reacción ha de ponerse en función de la concentración a la salida del reactor.

El balance de masa anterior lo podemos poner en función de la conversión

Sustituyendo en el balance de masa

Reordenando nos queda

Que es la expresión de la ecuación de diseño de un reactor de mezcla perfecta.

Si el caudal no varía desde la entrada a la salida del reactor y de acuerdo a la definición de conversión de reacción:

De la misma forma podemos escribir

sustituyendo en la ecuación de diseño

Expresión válida para reactores de mezcla perfecta en los que el caudal volumétrico, Q, permanezca constante.

Reactor de flujo pistón

Hemos visto anteriormente que las propiedades de un reactor de flujo pistón varían con la posición . Por esta razón, si tenemos que aplicar balances de materia tenemos que utilizar diferenciales de volumen de reactor. Posteriormente mediante integración extenderemos el análisis al volumen total del reactor.