REACTOR CSTR.

REACTOR CSTR:

Consiste en un reactor de la misma composición que el de tipo Batch, un tanque dotado de un mecanismo de agitación que garantiza un mezclado que haga toda la mezcla uniforme. Un reactor de mezcla completa opera en forma continua; es decir, los flujos de entrada y salida son permanentes.

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Se supone que la materia entrante es mezclada de manera instantánea y homogénea dentro del reactor como resultado de la agitación eficiente, con lo cual se produce una concentración (masa/volumen) en el interior del reactor que también es igual a la concentración de salida.

Para un reactor de mezcla completa, la ecuación de balance de mesa se plantea de manera diferente pues existe un flujo estable (por lo tanto se supone que la tasa de materia acumulada es cero) y una velocidad de reacción de la materia orgánica. La ecuación queda planteada de la siguiente manera:

[pic 2]

Suponiendo que el sistema opera en estado estacionario, el cambio de concentración molar tiende a cero. En términos de conversión molar y tomando como ejemplo la especie reaccionante A de coeficiente estequiométrico igual a 1. El balance se reduce a

[pic 3]

La ecuación debe de adoptar una forma de tal manera quede expresada en función a través del volumen del reactor que es necesario para reducir la velocidad de flujo de entrada de la especie A () a la velocidad de flujo de salida F. [pic 4]

[pic 5]

Recordemos que si se trata de un fluido que no sufre expansión ni compresión FA = v CA y puede sustituirse en la expresión anterior. Suele definirse además el parámetro τ = V/vo a veces denominado tiempo espacial (y también tiempo de residencia hidráulico), donde V es el volumen de reacción y vo el flujo volumétrico a la entrada, y que en los sistemas que estamos considerando coincide con el tiempo de residencia hidráulico. Por lo tanto la ecuación de diseño del CSTR puede escribirse como:

[pic 6]y

[pic 7]

[pic 8]

Reemplazamos las ecuaciones en la ecuación de diseño de CSTR y obtenemos:

[pic 9]

[pic 10]

Si se habla de una reacción de primer orden, entonces la ley de velocidad para una especie A es:

[pic 11]

La concentación de A para un tiempo cualquiera se puede expresar a través de la conversión para luego reemplazarlo en la ecuación de tiempo de residencia en el reactor.

[pic 12]

También podemos expresar la ecuación en función del tiempo de residencia y la constante de la reacción.

[pic 13]

Y en función del número de Damköhler:

[pic 14]

Por lo general, los reactores continuos de tanque agitado (CSTR) se operan cerca de  puntos de equilibrio inestables, que corresponden a una producción óptima del proceso. Aun cuando  el punto de equilibrio sea estable a lazo abierto, este puede ser muy sensible a cambios de carga (cambios en las condiciones de alimentación). Debido a que los CSTR son comúnmente la parte central de un proceso químico completo, el control de la operación del CSTR ha sido uno de los problemas más importantes en la industria química.
La regulación de temperatura es la operación de contro más sencilla de los CSTR. La mayoría de controladores de temperatura en la industria química son controladores PI clásicos. Existen muchas razones para esto, incluyendo sus antecedentes de operación probada, el hecho que se ent de bien el funcionamiento por parte de los técnicos, operadores industriales y personal de mantenimiento. Además, en muchas aplicaciones, el hecho que un controlador PI diseñado adecuadamente y bien sintonizado logre o excel los objetivos de control.

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