Diseño de
Reactores
REACTORES DE LECHO FIJO
Caída de Presión y ley de velocidad ;
Siempre que consideremos los efectos de la caída de
presión tendremos que usar la forma diferencial del
balance de moles ( ecuación de diseño).
Se va efectuar la reacción de isomerización de segundo
orden;
A→B
En un reactor de lecho empacado , la forma diferencial de la
ecuación del balance de moles en términos del peso del
catalizador es :
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Flujo a través de un lecho empacado
Ecuación de ERGUN;
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El reactor se opera en estado estacionario .
La ecuación de continuidad ,
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Simplificando:
Donde ,
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El peso del catalizador hasta una distancia z a lo largo
del reactor es :
(peso del catalizador) = (volumen de los sólidos) * (densidad de catalizador sólido)
Donde
es el área de la sección transversal.
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Operación isotérmica ,
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Reacción con caída de presión
La reacción isotérmica de segundo orden ,
A→B
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Cálculo de X en un reactor con caída de presión
En 1997 se produjeron aproximadamente 700 millones
de libras de oxido de etileno en Estados Unidos. El precio
de venta en 1997 fue de $ 0,58 dólares la libra . Lo que
representaba un valor comercial de $ 4000 millones de
dólares. Mas de 60% del oxido de etileno producido se
uso para hacer etilenglicol. Los principales usos finales
de oxido de etileno son anticongelantes 30 %, poliéster
30%, tenso activos 10 % y disolventes 5 %. Queremos
calcular el peso del catalizador necesario para alcanzar
una conversión de 60 % cuando se produce oxido de
etileno por oxidación catalítica en fase de vapor de etileno
con aire.
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El etileno y el oxigeno se alimentan en proporciones estequiometrias a un
reactor de lecho empacado que opera
isotérmicamente a 260 º C. El etileno se alimenta a razón de o.30 lbmol/s
y una presión de 10 atm. Se propone usar 10 bancos de tubos de cedula 40 1
½
pulg de diámetro empacados con catalizador , con 100 tubos en cada banco.
Por consiguiente la velocidad de flujo molar a cada tubo será de 3* 10 ^-4
lbmol /s.
Las propiedades de fondoque reacciona se consideraran idénticas a las de
aire a esta temperatura y presión.
La densidad de las partículas de catalizador de ¼ pulg es de 120 lb/ ft^3 y la
fracción de huecos
de lecho es de 0,45.
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Solución:
Balance de moles diferencial :
Ley de velocidad:
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Parámetros por tubo (es decir, dividiendo las
velocidades de alimentación en 100)
Etileno :
Oxigeno:
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Para una conversión de 60 %,
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Sustituyendo en la ecuación tenemos:
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Si hubiéramos hecho caso omiso de la caída de presión ,
el resultado habría sido:
Y no habríamos tenido suficiente catalizador para
alcanzar con la conversión deseada. Si Sustituimos este
peso del catalizador, ( es decir, 35.300 lb en total) en la
expresión obtendremos una conversión de solo el 53%.
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