reactores quimicos
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tema dos de reactores quimicosTRANSCRIPT
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La funcin de distribucin de tiempos de residencia (RTD). Determinacin experimental de la RTD mediante tcnicas estmulo-respuesta. Clculo de la conversin a partir de la informacin del trazador.
Modelos para flujo no ideal.
REACTORES QUMICOS
TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
1
Modelos para flujo no ideal. Modelos sin parmetros ajustables: Modelos de segregacin y mezcla mxima Modelos de compartimentos. Modelo de dispersin. Modelo de tanques en serie.
Reactores Qumicos Curso 2014-15
Julia Gonzlez lvarez
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OBJETIVOS
Caracterizar reactores no ideales a travs de la funcin dedistribucin de tiempos de residencia. Diagnosticar problemas en reactores reales por comparacin conlos reactores ideales.
2Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
los reactores ideales. Estimar la conversin y la concentracin a la salida de reactores reales.Modelizar reactores reales.
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Flujo no ideal:Influencia delGrado deSegregacin
3Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
Segregacin
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Flujo no ideal: Influencia del tiempo que tarda en efectuarse la mezcla
4Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
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LA FUNCIN DE
DISTRIBUCIN DE
5Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
DE TIEMPOS DERESIDENCIA(RTD)
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MEDIDA DE LA RTD:
TCNICAS ESTMULO-RESPUESTA
Alimentacin
INYECCIN DETECCIN
t=0 C?
CARACTERSTICAS DEL TRAZADOR:
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Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
CARACTERSTICAS DEL TRAZADOR:Especie no reactiva.Fcilmente detectable.Con propiedades fsicas similares a las de la mezcla reaccionante y completamente soluble en la misma.No debe ser adsorbido por las superficies internas del reactor.
ColorantesEspecies radiactivasGases inertes
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Alimentacin
INYECCIN DETECCIN
c cIMPULSO
t0
CSALIDA
0 tt0
CENTRADA
0 tt0
ESCALN
t0
7Reactores Qumicos
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RELACIN ENTRE E y F
=t
0
dt)t(E)t(F
)t(dF
E(t)
0
rea entre 0 y t1= F(t1)E(t1)
t1 t
dt
)t(dF)t(E =
F(t)
0 tt1
F(t1)tt1
tag = E(t1)
8Reactores Qumicos
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MOMENTOS DE LA RTD
Tiempo medio de residencia
==
0
0
0 )(
)(
)(
dtttE
dttC
dtttC
t
Varianza
=
=
0
2
0
0
2
2 )()(
)(
)()(
dttEtt
dttC
dttCtt
9Reactores Qumicos
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RTD EN REACTORES IDEALES: Reactor de mezcla completa
= C
C
t
00 C
dCdt
V
=/)( t0eCtC
Entrada salida = acumulacin
dt
dCVC00t => Seal de entrada
en impulso
0
===
/
/
/
)()()(
t
0
t0
t0
0
e
dteC
eC
dttC
tCtE
=
/)(
tetE
10Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
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Las curvas E y F para los reactores
11Reactores Qumicos
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reactores ideales
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Clculo de la conversin a partir de la informacin del trazador
=
12Reactores Qumicos
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Clculo de la conversin
MODELOS SIN PARMETROS AJUSTABLES: Modelos de Segregacin y Mezcla Mxima
Mezcla de un solo fluido:
Influencia del grado de
segregacin
Microfluido Macrofluido
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segregacin
Reactor discontinuoReactor de flujo en pistnReactor de mezcla completa
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Reaccin irreversible de orden cero
Reaccin irreversible de primer orden
Macrofluido:
Macro o microfluido:
Microfluido:
tcA0/k
Reaccin irreversible de segundo orden
Microfluido:
Macrofluido:
14Reactores Qumicos
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0 t>cA0/k
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15Reactores Qumicos
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16Reactores Qumicos
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17Reactores Qumicos
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Mezcla de un solo fluido:Influencia del tiempo que tarda en efectuarse la mezcla
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Mezcla de dos fluidos miscibles
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Clculo de la conversin
MODELOS CON VARIOS PARMETROS AJUSTABLES:
Modelos de compartimentosEn los modelos de compartimentos el volumen total del reactor V es la combinacin de:
Vp: regin de flujo en pistn dentro del recipienteVm: regin de mezcla completa dentro del recipienteVd: regin muerta o estancada dentro del recipiente
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Vd: regin muerta o estancada dentro del recipiente
y el flujo total v:va: flujo activo a travs de las regiones de flujo en pistn y mezclacompletavb: flujo desviado o de bypassvr: flujo de recirculacin
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22Reactores Qumicos
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23Reactores Qumicos
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24Reactores Qumicos
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25Reactores Qumicos
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26Reactores Qumicos
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27Reactores Qumicos
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28Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
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Deteccin de mal comportamiento de reactores de flujo en pistn
29Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
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Deteccin de mal comportamiento de reactores tipo tanque con agitacin
30Reactores Qumicos
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Clculo de la conversin
MODELOS CON UN PARMETRO AJUSTABLE: Modelo de DISPERSIN
31Reactores Qumicos
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1 PARMETRO:GRADO DE DISPERSIN
(D/uL)
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Grados de Dispersin Pequeos D/uL< 0,01
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Para varios recipientes en serie el tiempo medio y la varianza son aditivos:
No afectan las condiciones de contorno (recipiente abierto o cerrado)Error en la estimacin de D/uL
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Grado de Dispersin Grande D/uL > 0,01
Afectan las condiciones de contorno (recipiente abierto o cerrado)
Recipiente Cerrado
34Reactores Qumicos
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Grado de Dispersin Grande D/uL > 0,01
Recipiente Abierto
35Reactores Qumicos
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Grado de Dispersin Grande D/uL > 0,01
Grado de Dispersin
Pequeo D/uL< 0,01
CURVAS F
36Reactores Qumicos
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Recipiente Abierto
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Flujo a travs de lechos de relleno y flujo en tuberas
37Reactores Qumicos
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Clculo de la conversin a partir del modelo de dispersin
=0
38Reactores Qumicos
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39Reactores Qumicos
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Reaccin de Primer Orden
40Reactores Qumicos
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Pequeas Desviaciones de Flujo en Pistn
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41Reactores Qumicos
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A Productos A= 0A + B Productos CA0 = CB0
2A Productos
A= 0
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Clculo de la conversin
MODELOS CON UN PARMETRO AJUSTABLE: Modelo de TANQUES EN SERIE
1 PARMETRO:NMERO DE TANQUES ASOCIADOS EN SERIE
(N)
42Reactores Qumicos
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221
2i CCdt
dCV =
t022
ieCCdC=+
/ it02 e
tCC
=
/
0ta0Ce 2t i
== ;/
C2
C1
BALANCE DE MATERIA CONCENTRACIN DE SALIDAREACTOR
11
i Cdt
dCV =
11 /t0
V/vt01 eCeCC
==
1
C1
1t01 eCC
=
/
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i
0
1
22ieCC
dt
dC
=
+ i
2 eC =C2
323
i vCvCdt
dCV =
i
/t0
1
33ieCC
dt
dC
=
+
i/t
i
etC
C
=
3
20
32
3C2
C3
-
tanquei C1 E1
1
2
3
ite0C1C
=/ it
i1 e
1tE
=
/)(
it
i
02 e
tCC
=
/ it2i
2 et
tE
=
/)(
it2
20
3 e2
tCC
=
/ it3
2
3 e2
ttE
=
/)(
44Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
3
4
N
2i
3 e2
C
=3i
3 e2
tE
=)(
it3i
30
4 e6
tCC
=
/ it4i
3
4 e6
ttE
=
/)(
it1N
i
1N0
N e1N
tCC
=
/
)!(it
Ni
1N
N e1N
ttE
=
/
)!()(
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CURVAS E Y F PARA EL
MODELO DE TANQUES EN
SERIE
45Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
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Clculo de la conversin a partir del Modelo de Tanques en serie
Reaccin de Primer Orden
46Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
Reaccin de Segundo Orden de un Microfluido. A R o A + B R con CA0= CB0
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47Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
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Microfluidos con Cualquier otra Cintica
48Reactores Qumicos
Curso 2014-15TEMA 2: FLUJO NO IDEAL EN REACTORES QUMICOS
Macrofluidos