TEMA: CRITERIO DE RUNAWAY Froment – Bischoff – De Wilde [3ª Edición] Ingeniería de Reactores II

Entrada Salida El análisis se lleva a cabo en: - Reactor de lecho fijo -Reacción de pseudo-primer orden - Reacción exotérmica - Temperatura constante en las paredes - Estado no estacionario - Incremento de la temperatura de los gases en la reacción, llegan inevitablemente a un “punto caliente”. A  B

Diagrama de Runaway Curva 1, Barkelew Curva 2, Dente y Collina Curva 3, Hlavacek Curva 4, Van Welsenaere and Froment Curvas n=0 y n=2; Morbidelli y Varma [N/S], Relación de transferencia de calor por unidad de volumen en el reactor [S], Producto del incremento de la temperatura adiabática adimensional

CONSIDERACIONES PARA LAS CURVAS: CURVA 1: Barkelew mediante un gran número de integraciones numéricas del balance de energía y la ecuación de continuidad para una amplia variación de los valores de los parámetros, pero utilizó una dependencia de la temperatura simplificada de la velocidad de reacción. CURVA 2: Dente y Collina observaron que en condiciones drásticas el perfil de temperatura a través del reactor tiene dos puntos de inflexión antes del máximo, que coinciden en situaciones críticas. CURVA 3y 4: Hlavacek y Van Welsenaere y Froment utilizaron de forma independiente dos propiedades de la curva de T vs z para derivar criterios sin ninguna de las integraciones que participan en el enfoque de Barkelew y con la dependencia de la temperatura de Arrhenius para el coeficiente de tasa. CURVA n=0 y n=2:Morbidelli y Varma modificaron la ecuacion de continuidad y el balance de energía para reacciones de orden cero y de segundo orden.

EXPLICACIONES iS, Sistema insensible R, Runaway En este punto se trabaja de manera adecuada ya que se encuentra ubicado por arriba de las curvas. Las condiciones no son criticas. Y el sistema es estable.

En el punto mostrado en la figura se está trabajando en condiciones criticas, para las líneas 1,2,3 y 4.

Los puntos críticos son fácilmente localizados por medio de formulas elementales.

Donde:

La p y T en el máximo de temperatura se obtiene con dT/dp=0 Se obtiene Diferenciando con respecto Tm e igualando a 0

Se cumple con

El límite superior se basa en una trayectoria con intercepciones mínimas, la cual tendrá valores p o mayor al punto crítico.

Cálculo de la presión parcial de entrada permisible para una determinada temperatura de entrada y un radio del tubo dado.

Los resultados reportados en el libro son los siguientes:

Los resultados del libro son los siguientes:

Cálculo de Radio critico

El plano de p - T fase, que muestra las trayectorias, la curva de máximos, lugares geométricos de los puntos de inflexión, y el "simplificado" de la curva p s. De Van Welsenaere y Froment [1970]

Cálculo de los ejes del diagrama de Runaway

Conclusiones El criterio de Runaway nos marca las condiciones (presión y temperatura) en las cuales el reactor opera de manera adecuada, dependiendo del orden de la reacción. Nos muestra los limites tanto inferior y superior de operación, para evitar tener algún tipo de problema se debe trabajar en un punto entre dichos límites.