REACTORES DE LECHO FIJO 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; Diseño de Reactores Flujo a través de un lecho empacado Ecuación de ERGUN;
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Diseño de Reactores El reactor se opera en estado estacionario . La ecuación de continuidad ,
Diseño de Reactores Simplificando: Donde ,
El peso del catalizador hasta una distancia z a lo largo Diseño de Reactores 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.
Diseño de Reactores Operación isotérmica ,
Reacción con caída de presión Diseño de Reactores Reacción con caída de presión La reacción isotérmica de segundo orden , A→B
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Diseño de Reactores 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.
Diseño de Reactores 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.
Solución: Balance de moles diferencial : Ley de velocidad: Diseño de Reactores Solución: Balance de moles diferencial : Ley de velocidad:
Diseño de Reactores Parámetros por tubo (es decir, dividiendo las velocidades de alimentación en 100) Etileno : Oxigeno:
Para una conversión de 60 %, Diseño de Reactores Para una conversión de 60 %,
Sustituyendo en la ecuación tenemos: Diseño de Reactores Sustituyendo en la ecuación tenemos:
Diseño de Reactores 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%.