Reactores no isotermicos

8.4.2 Ecuación de Energía para el fluido externo al reactor que transfiere calor

El fluido fluido externo externo al reactor debe debe ser enfriante enfriante para reacciones reacciones exotérmicas exotérmicas y medio de calentamiento para reacciones endotérmicas. •

Si el flujo del fluido que transfiere calor es alto respecto al calor liberado (o adsorbido por la reacción), se puede considerar que la temperatura es constante a lo largo del reactor  •

•

Dos Casos de Transferencia de Calor entre fluido y sistema reactante: Caso A : Flujo en Co-corriente Caso B: Flujos en Contra-corriente Contra-corriente •

•

Caso A: Flujos en Co-Corriente •

El sistema reactante y el fluido van en la misma dirección

Para el elemento diferencial de fluido, el balance de energía para una reacción exotérmica es: •

Donde Ta es la temperatura del enfriante y T la temperatura del sistema reactivo •

Caso A: Flujos en Co-Corriente

Dividiendo por cuando •

•

y tomando el limite

El cambio de entalpia del fluido enfriante es:

Luego la variación del fluido enfriante a lo largo del volumen del reactor es •

Caso A: Flujos en Contra-Corriente •

El sistema reactante y el fluido van en dirección opuestas

•

El balance de energía produce la siguiente ecuación :

•

Donde

La única diferencia entre flujos co-corriente y contra-corriente son los signos Para la solución en un paquete de computador se debe hacer un proceso de  prueba y error, suponiendo la temperatura de descarga del fluido enfriante a la entrada del reactor  •

•

Algoritmos para diseñar reactores PFR o PBR con intercambio de calor

Algoritmos para diseñar reactores PFR o con intercambio de calor

Algoritmos para diseñar reactores PFR o con intercambio de calor

Algoritmos para diseñar reactores PFR o con intercambio de calor

Valores dados y condiciones de frontera:

Perfiles a obtener:

Lectura: Leer el ejemplo de producción de Anhidrido Acetico con los 3 casos

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

Se muestra un esquema de un CSTR con Intercambio de calor 

Partiendo de la ecuación del balance de energía:

Y sabiendo que para un CSTR el balance molar es

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

•

A pesar de que el reactor CSTR es bien mezclado, no significa que la temperatura sea constante. Será isotérmico sí la temperatura de alimentación es la misma que la de salida. Se considera que el CSTR trabaja a una temperatura T

Q calor en un CSTR 

La velocidad de transferencia de calor del reactor  al fluido externo es:

El flujo calorífico ganado por el fluido es :

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

Igualando Q

Resolviendo para la temperatura de salida del fluido

Remplazando Ta2 en

Se obtiene:

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

Para altos flujos de fluido enfriante el exponente será pequeño. Así que si se expande como una serie de Taylor :

•

Y se desprecian los términos de segundo orden, la ecuación se reduce a:

•

Luego

•

Donde

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

•

Para el caso donde Ws = 0 (excepción en reacciones polimericas), substituyendo Q anterior se obtiene:

Resolviendo para X:

La cual es acoplada con la ecuación del balance molar:

=0y

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

Algoritmo

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

Algoritmo (continuación)

8.6 Reactores CSTR con intercambio de calor •

Rutas para especificar el tamaño de reactores CSTR