El documento describe los reactores de flujo pistón, sus aplicaciones y un ejemplo de cálculo del volumen necesario para una reacción química. Explica que los reactores de flujo pistón convierten materias primas en productos químicos mediante reacciones que ocurren principalmente en fase líquida o gaseosa. Además, señala que el volumen necesario del reactor depende de factores como la estequiometría y el orden de la reacción química.

1. Reactor Diferencial

2. Objetivos
• Dar a conocer su importancia
• Conocer su funcionamiento
• Principales aplicaciones del reactor

3. Introducción
• Reactor químico
• Convierten materias primas en químicos
deseables
• Generalmente la mayoría de las reacciones
ocurren normalmente en la fase liquida o vapor

4. • Son importantes para las diferentes áreas o
sectores de la química, como los son:
• Petróleo
• Polímeros
• Procesos bioquímicos

5. Reactor de flujo pistón FPR
(Plug Flow Reactors)
• El reactor de flujo pistón es usado para ambas
fases
• En algunos casos el reactor es empacado con un
catalizador sólido.

6. Reactor de flujo pistón (FPR)
• El control del FP puede ser un poco difícil a
causa de lo que se está procesando
• El principal problema es el control de la
temperatura, debido a que la temperatura afecta
la conversión y el rendimiento del producto

7. Funcionamiento

8. Balance de materia
• 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 + 𝐴𝑔𝑜𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 +
𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
• 𝑁𝑜 ℎ𝑎𝑦 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛
• 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒:
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 + 𝐴𝑔𝑜𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
• 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 = 𝐹𝐴
• 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 = 𝐹𝐴+ 𝑑𝐹𝐴
• 𝐴𝑔𝑜𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = (−𝑟𝐴 ) 𝑑𝑉

9. Ecuación de diseño
• 𝐹𝐴0 𝑑𝑋𝐴 = (−𝑟𝐴 ) 𝑑𝑉
•
𝑑𝑋𝐴
𝑑𝑉
=
(−𝑟𝐴 )
𝐹𝐴0

10. Aplicaciones
• Generalmente los productos generados son
usados para:
• El hogar
• Ropa
• Automóviles
• Construcción
• Electrónicos

11. Aplicaciones
• Refinado del petróleo crudo
• Producción etano, propano, butano
• Procesos de polimerización (Etileno y
propileno)
• Los reactores FP son importantes en la
industria de alimentos y bebidas

12. FPR Industrial

13. Objetivo
Ilustrar con un ejemplo sobre el reactor
de Flujo Pistón

14. Ejemplo 5.6 (Levenspiel 5.8)
• Hemos calculado que el tamaño de un reactor
de flujo en pistón necesario para un fin
determinado (99% de conversión de la
alimentación de A puro) era 32 litros,
suponiendo que la estequiometria era 𝐴 → 𝑅
para una reacción de primer orden fase gaseosa.
Sin embargo, la estequiometria de la reacción es
𝐴 → 3𝑅. Calcúlese el volumen del reactor
necesario para la estequiometria correcta.

15. Ejemplo 5.6 (Levenspiel 5.8)
• Hemos calculado que el tamaño de un reactor
de flujo en pistón necesario para un fin
determinado (99% de conversión de la
alimentación de A puro) era 32 litros,
suponiendo que la estequiometria era 𝐴 → 𝑅
para una reacción de primer orden fase gaseosa.
Sin embargo, la estequiometria de la reacción es
𝐴 → 3𝑅. Calcúlese el volumen del reactor
necesario para la estequiometria correcta.

16. Solución
• De la estequiometria de la reacción y la
inexistencia de inertes:
• 𝜀 𝐴 = 0
• Y al ser de primer orden:
• −𝑟𝐴 = 𝑘 ∙ 𝐶𝐴 = 𝑘 ∙ 𝐶𝐴0 1 − 𝑋𝐴

17. Vamos a utilizar la Ecuación. (5.21)
• 𝑘 ∙ 𝜏 = 1 + 𝜀 𝐴 ln 1 − 𝑋𝐴 − 𝜀 𝐴 𝑋𝐴 <−− −𝐸𝑐. 5.21
• Con 𝜀 𝐴 = 0
• Simplificando obtenemos:
• 𝑘 ∙ 𝜏 = ln 1 − 𝑋𝐴 =≫ 𝑘 ∙ 𝜏 = ln
1
1−𝑋 𝐴
<−−− −(i)

18. Ecuación de diseño
• 𝜏 =
𝑉
𝑉0
• Ahora sustituyendo en (i)
• 𝑘 ∙
𝑉
𝑉0
= ln
1
1−𝑋 𝐴
<−−− −(ii)

19. Ahora se sustituirán valores del problema
en (ii)
• 𝑘 ∙
32
𝑉0
= ln
1
1−0.99
•
𝐾
𝑉0
= 0.1441 <−−− −(iii)

20. Para la reacción estequiometrica 𝐴 → 3𝑅
• 𝜀 𝐴 =
𝑉 𝑋 𝐴=1
− 𝑉 𝑋 𝐴=0
𝑉 𝑋 𝐴=0
• Esta vez la energía de activación 𝜀 𝐴 ≠ 0
• 𝜀 𝐴 =
3−1
1
= 2

21. Considerando que se mantiene la cinética,
la misma temperatura y el mismo caudal
• Se utilizara la ecuación (5.21)
• 𝑘 ∙ 𝜏 = 1 + 𝜀 𝐴 ln 1 − 𝑋𝐴 − 𝜀 𝐴 𝑋𝐴
• Substituyendo valores
• 𝑘 ∙ 𝜏 = 1 + 2 ln 1 − 0.99 − (2 ∙ .99)

22. Nuevamente se substituye la ecuación de
diseño, obteniendo
• 𝑘 ∙ 𝜏 = 1 + 2 ln 1 − 0.99 − (2 ∙ .99)
• 𝑘 ∙
𝑉
𝑉0
= 1 + 2 ln 1 − 0.99 − (2 ∙ .99)
• 𝑘 ∙
𝑉
𝑉0
= 11.8355 <−−− −(iv)

23. Ahora se sustituye la ecuación (iii) en (iv)
• 𝑉 ∙ 0.1441=11.8355
• Finalmente despejamos el volumen (V)
• 𝑉= 82.13 L

24. Análisis de Resultados
Estequiometria Conversión (%)
Energía de
activación
Orden de reacción Volumen (L)
𝐴 → 𝑅 .99 0 1 32
𝐴 → 3𝑅 .99 2 1 82.13

25. Conclusión
• En base a nuestro análisis, utilizando la ecuación
de diseño para un reactor de flujo pistón, se ha
cumplido con el objetivo de determinar el
tamaño de volumen del reactor.
• Podemos afirmar que entre mas compleja es la
estequiometria mayor será el volumen del
reactor, cuidando que la temperatura y el
volumen permanezcan constantes.

26. Bibliografia
• Westerterp, K. R., van Swaaij, W. P. M., and Beenackers, A.
A. C. M., Chemical Reactor Design and Operations, John
Wiley, New York 1-129(1984).
• Levenspiel, O., Ingenieria de las Reacciones Quimicas,
2nd ed., John Wiley & Sons, New York, 485-523 (1972).
• WILLIAM L. LUYBEN., Chemical Reactor Design and
Control, John Wiley & Sons, New York, 251-285 (2007).