Este documento describe diferentes tipos de reactores químicos, incluyendo sus características, operación y balances de materia. Explica reactores discontinuos, continuos y semicontinuos, así como reactores isotérmicos, adiabáticos y no isotérmicos. También analiza balances para reactores de tanque agitado, tubulares y por carga, y compara sistemas de reactores en serie.

2. Es el medio físico donde se lleva a cabo la reacción asociada a un proceso a
condiciones apropiadas para que la generación de productos sea
rentable, estas condiciones son conocidas y pueden ser perfectamente
controladas..
Según el número de fases Según el perfil de Temperatura
Monofásico Isotérmico
Multifásico Adiabático
Bifásico
Trifásico No isotérmico
Según el modo de operación
Discontinuos Continuos Semicontinuos
Por carga Tanque agitado Flujo de entrada
Tubular
Lecho fluidizado Flujo de salida
Slurry Combinaciones
Lecho empacado

3. Son casos muy particulares de los reactores por carga (RPC), tubulares
(RFP) y de tanque agitado (RMC).
Desarrollar balances de materia sencillos y aplicables para dimensionamiento
Se pueden hacer sistemas de reactores ideales que permitan describir el
comportamiento de un reactor no ideal
es como una especie de proceso de contabilidad de las
especies químicas que entran y salen del sistema.
Entrada Salida Transformación Acumulación
Balance global
Balance en cada una de las especies químicas

4. Esquema o representación gráfica
Condiciones de idealidad
Balance en moles: definición de la ecuación de diseño
Entrada Salida Transformación Acumulación
Solución gráfica
Operación y tiempo de residencia

5. Condiciones de idealidad: Mezclado perfecto
La concentración del CA
reactivo cambia con el
tiempo no con la
posición en el reactor
t
Balance en A: Aa + Bb cC + dD
Entrada Salida Transformación Acumulación
dN A
0 0 V(-υA)
dt
Parámetro de diseño: dN A dN A
V( A ) dt
Tiempo dt V ( A)

6. dN A V: Volumen de reacción
dt
V ( A) NA C AV A P y T ctte
V= ctte V≠ ctte
Fase gas ΔN ≠ 0 NRT
V
Fase líquida P
Si ΔN < 0 3A B
Fase gas ΔN=0 Si ΔN > 0 A 3B
No hay cambio Confinado
en el número de Varia P
moles
Disminuciónen el número de moles
Aumento en el número de moles
CA NA N A0 (1 X A ) dN A N A0 dX A )
d (VC A ) dC A
dt t
( A) V V0 (1 X A)
V ( A) C A0
A
CA C A0 (1 X A ) XA XA
dX A
dX A t C A0
t C A0 (1
dC A C A0 dX A ( A) X A0 A X A )( A )
X A0

7. Graficas: Operación:
C Ao
rA
Área bajo la curva
Carga
Acondicionamiento de los reactivos
Reacción
Acondicionamiento de los productos
Volumen constante
Descarga
X
Limpieza C Ao
(1 X A )( rA )
t de reacción=t de residencia Área bajo la curva
Volumen variable
t muerto=t carga + t acondicionamiento + t acondicioamiento + t descarga
+ t limpieza
XA
C Ao dX A
t
t total =t muerto + t reacción
0
(1 X A )( rA )
XA 1 X

8. Condiciones de idealidad:
Edo. Estacionario
Régimen de flujo tipo flujo en pistón
No hay gradientes radiales de concentración
dV
CA
La concentración del
reactivo no cambia con
el tiempo solo cambia
con la posición en el
reactor
t

9. F A entrada F A salida
Balance de A en el dV: Aa + Bb cC + dD dV
Entrada Salida Transformación Acumulación
FA entrada F A salida dV(-υA) 0
FAentrada FA0 (1 X A ) FAsalida FA0 (1 ( X A dX A )
FA0 (1 X A ) FA0 (1 ( X A dX A ) ( A )dV FA0 dX A ( A )dV
V XA
dV dX A V
XA
dX A
C A0 C A0
V0 0 X A0
( A) ( A)
0 X A0

10. Graficas:
RFP
C Ao XA
rA C Ao dX A
0
( rA )
X
XA
τ = t de residencia si ΔN = 0
τ > t de residencia si ΔN > 0
τ < t de residencia si ΔN < 0

11. Condiciones de idealidad: Mezclado perfecto
Edo. estacionario
CA
La concentración del
reactivo no cambia con
el tiempo ni con la ( A ) f (T , C A )
posición en el reactor
t ( A ) ctte
Balance de A : Aa + Bb cC + dD
Entrada Salida Transformación Acumulación
FA 0 F A salida V(-υA) 0
FA0 FA0 (1 X Af ) V ( )f V C A0 ( X Af )
A
0 ( )
A f

12. Graficas:
RMC Base
C Ao C Ao ( x f xo )
rA
( rA ) f Altura
C Ao
rA Área del
rectángulo
X
XA0 XAf

13. Tiempo de residencia Zonas Muertas:
Presentan conversión cero y no existe
intercambio de material de reacción
con el sistema, se encuentra en
extremos del reactor o en cercanías
del sistema de mezclado.
Bypass:
Se constituye por el paso inmediato
del reactivo hacia la salida del
reactor, por lo que no ocurre, o casi
no ocurre reacción.
1.2
y = e-1x
1
0.8
Distribución de tiempo de
E
0.6
0.4
residencia
0.2
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5
tiempo adimensional

14. Estudios cinéticos
Procesos que requieran versatilidad
Producción limitada
Producción masiva
Alta eficiencia en procesos con comportamiento
de orden negativo
Producción masiva
Alta eficiencia en procesos con comportamiento
de orden positivo

15. Tipo de Reacción
Escala de Producción
Costo de los equipos y su funcionamiento
Seguridad, estabilidad y flexibilidad de la operación
Vida útil
Tiempo supuesto de la fabricación del producto
Buena elección Experiencia
Criterio técnico
Conocimiento profundo de las
características de los distintos
sistemas de reactores

16. Reacciones simples
Tamaño del reactor Volumen (V)
Reactores isotérmicos
Conversión (X)

17.  Representaciones Gráficas
RPC RFP
1 1 CA
rA rA dC A
C Ao
( rA )
x
x RMC
1 C Ao ( x f xo )
rA
( rA )
x

18.  Continuos vs. Discontinuos
RPC vs. RFP
Tienen la misma ecuación de diseño.
“Dos reactores son equivalentes cuando tienen la misma productividad”.
NB C AoV RFP x C AoV RPC x
Pr od PRFP PRPC
tM tR tR tM tR
Si VRFP= VRPC PRFP tM tR Entonces PRFP PRPC
1
PRPC tR

19. C A0
rA
RMC
C A0
RFP
rA
1 x
XA
C A0
RMC RFP
rA
XA x
RFP
RMC
XA 1 x

20. Los sistemas de Reactores reales suelen modelarse como
combinaciones de sistemas reactores ideales.

21. • Sistema de RMC en serie de
igual tamaño
1
rA
V C A0 ( X Af )
x
0 ( )
A f

22. • Sistema de RMC en serie de
igual tamaño
Un sistema en serie de m RMC de
igual tamaño, es equivalente a un
RFP de m veces el tamaño de uno
de los RMC, para tener una misma
conversión.
Demostrar que si m → ∞
sistemaRMC = RFP

23. • Sistema de RMC en serie de
distintos tamaños
Es menos eficiente que el sistema
anterior.
El arreglo de tamaños depende del
orden de la reacción.
Si n < 1 mayor tamaño primero
Si n > 1 menor tamaño primero
Si n = 1 se prefieren de igual Tarea
tamaños. Por qué?

24. • Sistema de RFP en serie
El análisis es indiferente si los RFP
en serie son o no del mismo
tamaño.
Es equivalente a un RFP de volumen
la suma de los volúmenes
parciales
x2 x1 x2
dx dx dx
C Ao C Ao
0
( rA ) 0
( rA ) x1
( rA )