Reactor CSTRIvan Alban

Mariana

Jimena Cardenas

Daniel

Julio

¿Qué es un CSTR?

“Un tipo de reactor de uso muy común en procesos industriales es un tanque con agitación que opera continuamente, que se conoce como reactor de tanque con agitación continua (CSTR – Continuos stirred tank reactor)”

The University of York “Batch Reactor”

Reactor CSTR para la producción de polieteno “By kind permission of Total.”

La estructura

Balance de Masa

Leyes de Velocida

d

Estequiometria

Balances de

Energía

Tipo de Difusión

Tipo de Contacto

Pilares de la ingeniería de reacciones “Fogler”

Producción de 200 millones de libras anuales de un CSTR

En 1995 se produjeron cerca de 5200 millones de libras de etilenglicol, lo que lo coloco en el lugar 26 de la lista de sustancias mas producidas en Estados Unidos ese año en términos de peso. Cerca de la mitad del etilenglicol se usa como anticongelante, mientras que la otra mitad se usa en la fabricación de poliésteres. En la categoría de poliésteres, el 88% se uso para fibras y el 12% se uso en la fabricación de envases y películas. El precio de venta del etilenglicol en 1997 fue de 0,38 dólares la libra.

Se desea producir 200 millones de libras anuales de etilenglicol. El reactor se operara isotérmicamente. Una solución de 1Lb mol/ft3 de oxido de etileno en agua se alimenta al reactor junto con un volumen igual de agua que contiene 0,9% en peso del catalizado H2SO4. Si ha de lograrse una conversión del 80%, determine el volumen que debe tener el reactor. ¿Cuántos reactores de 800 gal se requerirán si se acomodan en paralelo?, ¿Cuál es la conversión correspondiente?, ¿Cuántos reactores de 800 gal se requerirán si se acomodaran en serie?, ¿Cuál es la conversión correspondiente?. La constante de velocidad de reacción especifica es de 0,311 min-1, como se determino en el ejemplo 4-1.

SolucionSupuesto: El etilenglicol es el único producto que se forma en la reacción

La tasa de producción especificada en Lb mol/min es:

De la estequiometria de la reacción:

Obtenemos que la velocidad de flujo molar que debe tener el oxido de etileno es de:

Ahora que podemos calcular el volumen del reactor usando las siguientes ecuaciones:

1. Ecuación de diseño:

2. Ley de Velocidad

3. Estequiometria. Fase liquida (V=Vo)

4. Combinando:

La velocidad de flujo volumétrico con que entra el flujo A, con CA01=1mol/dm3 antes de mezclar, es:

Del enunciado del problema:

La velocidad de flujo volumétrico total del liquido que entra es:

5. Sustituyendo y recordando que K=0,311min-1, obtenemos:

Se necesita un tanque de 5ft de diámetro y aproximadamente 10ft de altura para lograr una conversión del 80%.

6. CSTRs en paralelo. Con dos CSTRs de 800gal acomodados en paralelo, alimentando 7,67ft3/min (Vo/2) a cada reactor, la conversión alcanzado se puede calcular a partir de:

Donde:

El numero de Damkohler es:

Sustituyendo tenemos:

7. CSTRs en serie. Si los reactores de 800gal se acomodan en serie, la conversión en el primer reactor es:

Donde

El numero de Damkohler es:

Para calcular la conversión a la salida del segundo reactor, recordamos que V1=V2 y Vo1=Vo2=Vo; entonces:

Combinando el balance de masa del segundo reactor con la ley de velocidad, obtenemos:

Si despejamos la conversión a la salida del segundo reactor tenemos:

Podriamos haber obtenido el mismo resultado con la siguiente ecuación:

Podemos reducir doscientos millones de libras de etilenglicol al año usando dos reactores de 800gal en serie.

Dos CSTR del mismo tamaño en serie dan una conversión mas alta que dos CSTR del mismo tamaño en paralelo, si el orden de reacción es mayor que cero.

Reactor PFR

EJEMPLO: Producción de 300 millones de libras anuales de etileno en un reactor de flujo tapón: diseño de un reactor tubular en escala industrial.

Solución:

•Se decidió usar un banco de tubos de 2 pul, cedula 80 en paralelo con una longitud de 40 ft. •Un tubo cedula 80 tiene un área de sección transversal de 0,0205 ft^2. •El numero de tubos que necesitamos es: