Régimen Isotérmico Diseño de Reactores Químicos
F.Cunill, M.Iborra, J.Tejero
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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
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Puesto que el sistema es cerrado se simplifica de la siguiente forma,
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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,
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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.
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Resultando que la relación entre el flujo de calor y la conversión, en el caso de una sola reacción, es la siguiente,
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por lo que el calor total intercambiado será
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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,
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y de la ecuación de diseño del mismo se tiene que
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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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