Régimen Isotérmico Diseño de Reactores Químicos F.Cunill, M.Iborra, J.Tejero

En ciertas circunstancias es conveniente mantener el reactor en condiciones isotérmicas, ya sea la reacción exo o endotérmica ya que, en ausencia de control de la temperatura, ésta puede ser demasiado alta para la estabilidad del producto o demasiado baja para la velocidad de reacción. En caso de requerirse control de la temperatura se instala un serpentín o una camisa de intercambio de calor.

En este caso al trabajar a T=cte en el reactor, se requiere el balance de entalpía para determinar el caudal de calor a eliminar en función del tiempo de operación.

El balance macroscópico de entalpía aplicado al sistema de reacción (el fluido reaccionante) con temperatura y composición uniforme, tiene la siguiente forma

Puesto que el sistema es cerrado se simplifica de la siguiente forma,

Así mismo, cuando el sistema es líquido o gas a presión constante el último término es nulo, para gas ideal es nulo y para gas a volumen constante es muy pequeño y por tanto despreciable, por lo que el BME resultante es,

Y si el sistema es isotérmico y sin cambios de fase el primer miembro de la ecuación anterior es nulo por lo que el flujo de calor a retirar es el generado por la reacción.

Resultando que la relación entre el flujo de calor y la conversión, en el caso de una sola reacción, es la siguiente,

por lo que el calor total intercambiado será

Dicho flujo de calor proviene de un intercambiador de calor por el que circula un fluido con un caudal (wc) y una temperatura (Tc). Por tanto del balance macroscópico de entalpía a dicho fluido se tiene que,

y de la ecuación de diseño del mismo se tiene que

Como puede observarse las variables en el diseño del intercambio de calor son: Tc, A y wc. Puesto que el reactor es discontinuo será necesario que uno o varias de dichas magnitudes sean variables en el tiempo.

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