Presentacion con información básica de un reactor de Flujo Piston

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).