REACTORES DE FLUJO PISTON

REACTORES DE FLUJO PISTON

(Elsa Ticona Hilari)

El reactor de flujo pistón es un reactor ideal de flujo en estado estacionario se conoce por varios nombres: reactor de flujo pistón (PFR), de flujo tapón, tubular ideal, así como reactor continuo de flujo uniforme, y a su modelo de flujo, flujo pistón. Estructuralmente, es un tubo, a lo largo del cual fluye la mezcla reaccionante a condiciones tales (temperatura, concentraciones), que ocurre la reacción química.

Por otro, se caracteriza porque el flujo del fluido a través del reactor es regular, es decir, ningún elemento del mismo sobrepasa o se mezcla con cualquier otro elemento situado antes o después de aquél. De hecho, en este reactor puede haber mezcla lateral del fluido, pero nunca puede existir mezcla o difusión a lo largo de la trayectoria de flujo. La condición necesaria y suficiente para que exista flujo pistón es que el tiempo de residencia de todos los elementos del fluido sea el mismo.

Cuando se pretende diseñar un reactor, primero se busca conocer qué tamaño y tipo de reactor, así como qué método de operación, son los mejores para un fin determinado. El punto de partida para cualquier diseño es el balance de materia que se expresa para cualquier reactivo o producto). Cuando la composición no es uniforme, como en este caso, el balance de materia ha de realizarse en un elemento diferencial de volumen y luego integrarse para todo el reactor, teniendo en cuenta las condiciones apropiadas de flujo y concentración. Para los diversos tipos de reactores esta ecuación se simplifica de uno u otro modo, y la expresión resultante al hacer la integración es la ecuación básica de diseño para ese tipo de unidad. Así, en el reactor de flujo en estado estacionario el cuarto término desaparece:

Reemplazando a la ecuación, resolviendo e integrando se tiene:

Esta ecuación permite determinar el tamaño del reactor necesario para una conversión deseada conociendo la velocidad de la alimentación.

El cuadro derecho muestra la ecuación de diseño en función de las concentraciones.

Cualquiera que sea su forma la ecuación de diseño relaciona la velocidad de reacción, la conversión, el volumen del reactor, y la velocidad de alimentación, de tal manera que si alguna de estas cantidades se desconoce, podrá calcularse a partir de las otras tres.

En cuanto a las aplicaciones, el reactor de flujo en estado estacionario es el ideal para fines industriales cuando se han de tratar grandes cantidades de material, y cuando la velocidad de reacción va de relativamente alta a muy alta. Este reactor necesita de un gran equipo de apoyo; sin embargo, permite obtener un control en extremo preciso de la calidad del producto. Como podría esperarse, éste es el reactor que se emplea ampliamente en la industria del petróleo, así como

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