Reactor Continuo de Mezcla Perfecta Diseño de Reactores Químicos F.Cunill, M.Iborra, J.Tejero

Los reactores continuos tanque agitado se usan normalmente para llevar a cabo reacciones en fase líquida, tanto en el laboratorio como a escala industrial. Sin embargo, también se usa para llevar a cabo reacciones en fase gas sobre todo cuando son reacciones catalizadas por un sólido y para sistemas de reacción sólido-líquido-gas (S-L-G).

Sea el siguiente reactor tanque agitado que sigue el modelo de flujo de mezcla perfecta, por tanto con la relación H/DR, Da/DR, tipo de agitador y potencia de agitación adecuados.

En las unidades continuas interesa la operación en estado estacionario, por tanto se diseñan para ello. En consecuencia la ecuación de diseño que se deducirá será válida para dicho estado estacionario, no siéndolo ni para la puesta en marcha ni para la parada.

Ecuación de diseño
En estado estacionario el balance macroscópico de materia para el reactante limitante es el siguiente:

Puesto que el reactor sigue el modelo de flujo de mezcla perfecta, está perfectamente homogeneizado, la relación entre el caudal de generación y la velocidad intensiva es la siguiente:

con lo que el balance es:

La definición de conversión porcentual de un componente en un sistema continuo es

Cuando la corriente de alimento está exenta de producto de la reacción wAo es wA1. Sin embargo, si el alimento lleva producto es necesario referir la conversión de dicha corriente, como la de la salida, a un mismo punto de manera que:

donde wAo es un caudal de alimento libre de producto que se calcula de acuerdo a la estequiometria. El balance resultante es


Si el alimento no está parcialmente convertido (X1A=0) se tiene que qo=q1 y cAo=cA1. El cociente o V q =θ tiene unidades de tiempo y recibe el nombre de tiempo espacial. Dicho tiempo representa el tiempo necesario para tratar un volumen de alimentación (V) medido en las condiciones del alimento. La inversa del tiempo espacial recibe el nombre de velocidad espacial. El tiempo medio de residencia es 2 V q y representa el tiempo que está en el reactor cada elemento de volumen. Ambos tiempos sólo coinciden cuando la densidad del sistema es constante ya que en ese caso qo=q2.

La ecuación de diseño anterior, en el caso concreto de un sistema de densidad constante, queda reducida de la siguiente forma:

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