DISEÑO DE REACTORES CATALÍTICOS

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    30-Jun-2015

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENZA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA NAGUANAGUA

DISEO DE REACTORES CATALTICOS

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENZA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA NAGUANAGUA

INTEGRANTE:

Carlos Jos Fleitas Ramrez C.I. 16.897.871

INTRODUCCIONNuestro objetivo consiste en predecir el funcionamiento de los reactores heterogneos de gran tamao, usando la cintica y las velocidades de transporte. No es necesario volver a considerar los procesos individuales de transporte dentro y fuera del grnulo cataltico. El principal objetivo consiste ahora en usar la informacin de velocidad total para evaluar la composicin del efluente de un reactor con un cierto conjunto de condiciones especficas de diseo. Las condiciones de diseo que deben fijarse son: la temperatura, la presin y la composicin de la corriente de alimentacin, las dimensiones del reactor y de los grnulos catalticos, y los datos de los alrededores que permitan evaluar el flujo de calor a travs de las paredes del reactor.

REACTOR QUIMICOUn reactor qumico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reaccin qumica, estando ste diseado para maximizar la conversin y selectividad de la misma con el menor coste posible. Si la reaccin qumica es catalizada por una enzima purificada o por el organismo que la contiene, hablamos de Reactores Catalticos. Existen varias formas de clasificarlos: Segn el modo de operacin:

Reactores discontinuos: son aquellos que trabajan por cargas, es decir se introduce una alimentacin, y se espera un tiempo dado, que viene determinado por la cintica de la reaccin, tras el cual se saca el producto. Reactores continuos: son todos aquellos que trabajan de forma continua. Reactores homogneos: tienen una nica fase, lquida o gas. Reactores heterogneos: tienen varias fases, gas-slido, lquido-slido, gas-lquido, lquido-lquido, gas-lquido-slido.

Segn las fases que albergan:

CATALIZADORLa catlisis es el proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reaccin qumica. Por ejemplo, los que reducen la velocidad de la reaccin son denominados catalizadores negativos o inhibidores. A su vez, las sustancias que aumentan la actividad de los catalizadores son denominados catalizadores positivos o promotores, y las que los desactivan son denominados venenos catalticos. La produccin de los productos qumicos industriales ms importantes implica a la catlisis. Por ejemplo, en la reduccin del etino a eteno, el catalizador paladio (Pd) es "envenenado" parcialmente con acetato de plomo (II) (Pb(CH3COO)2). Sin la desactivacin del catalizador, el eteno producido se reducir posteriormente a etano.

CATALIZADOREn la siguiente lamina se recomienda espera para la reproduccin de un video, en mismo explica de una forma sencilla como acta un catalizador..

CONTENIDO

REACTORES DE LECHO FIJO REACTORES DE LECHO FIJO ISOTERMICOS Y ADIABATICOS. REACTORES DE LECHO FIJO NO ISOTERMICOS Y NO ADIABATICOS REACTORES DE LECHO FLUIDIFICADO REACTORES DE SUSPENSION REACTORES DE LECHO PERCOLADOR

REACTORES DE LECHO FIJO

CONSTRUCCIN Y OPERACINLos reactores de lecho fijo consisten en uno o ms tubos empacados con partculas de catalizador que se operan en posicin vertical. Las partculas catalticas pueden variar de tamao y forma: granulares, grnulos compactados, cilndricas, esfricas, etc. En algunos casos, especialmente con catalizadores metlicos tales como el platino, no se emplean partculas de metal, sino que ste se presenta en forma de mallas de alambre. El lecho catalizador consiste de un conjunto de capas de este material. Estas mallas catalizadoras se emplean en procesos comerciales para la oxidacin del amonaco y para la oxidacin del acetaldehdo a cido actico.

CONSTRUCCIN Y OPERACINDebido a la necesidad de eliminar o anadir calor, no es posible usar un solo tubo de gran dimetro empacado con el catalizador. En su lugar, el reactor deber construirse con cierto nmero de tubos engarzados en un solo cuerpo como se ilustra en la siguiente figura. El intercambio energtico con los alrededores se obtiene circulando, o algunas veces hirviendo un fluido en el espacio que hay entre los tubos. Si el efecto calorfico es considerable, los tubos de catalizador deben ser pequeos.

CONSTRUCCIN Y OPERACIN

CONSTRUCCIN Y OPERACINUna desventaja de este mtodo de enfriamiento es que la rapidez de la transferencia de calor al fluido que rodea a los tubos es constante a lo largo de todo el tubo, pero, casi siempre, la mayor parte de la reaccin tiene lugar cerca de la entrada del tubo. Por ejemplo, en una reaccin exotrmica, la velocidad ser relativamente grande a la entrada del reactor debido a las altas concentraciones de reactantes en dicha zona. Y ser un poco mayor a medida que la mezcla reaccionante se desplace a una corta distancia dentro del tubo, debido a que el calor liberado por la alta velocidad de la reaccin, es mayor que el que puede ser transferido al fluido enfriador. Por tanto, la temperatura de la mezcla reaccionante aumentar, dando por resultado un incremento en la velocidad de la reaccin.

CONSTRUCCIN Y OPERACINEsta situacin conduce a un mximo en la curva de temperatura en funcin de la longitud del tubo del reactor. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de un reactor de la TVA* para la sntesis de amonaco. Este tipo de temperatura mxima (punto caliente) es caracterstico de una reaccin exotrmica en un reactor tubular.

BOSQUEJO DEL PROBLEMA DEDISEOEn el diseo de reactores de lecho fijo, se supone que todas las propiedades son constantes en un elemento de volumen asociado con un solo granulo cataltico. Esto significa que la velocidad total es la misma dentro del elemento de volumen. Para resolver las ecuaciones de conservacin se pueden usar dos mtodos. El enfoque ms comn consiste en suponer que el elemento de volumen es suficientemente pequeo con respecto a la totalidad del reactor. Entonces, la temperatura y las concentraciones se consideran como funciones continuas de la posicin en el reactor y las expresiones de conservacin se transforman en ecuaciones diferenciales. El segundo mtodo considera que el elemento de volumen es una celda individual o etapa finita, dentro de la cual el mezclado es completo y se obtienen as propiedades uniformes

BOSQUEJO DEL PROBLEMA DEDISEOCuando existen gradientes de temperatura en el reactor, no es posible resolver analticamente las ecuaciones diferenciales o de incrementos. El proceso de diseo requiere soluciones numricas con procedimientos por etapas. Se hace necesaria la computacin La complejidad del problema de diseo depende primordialmente del tipo (radial o axial) y la magnitud de la variacin de temperatura en el reactor. Los reactantes suelen entrar al lecho cataltico a temperatura y composicin uniformes, pero a medida que se desplazan por el lecho y se verifica la reaccin, el calor de reaccin resultante y el intercambio de calor con el medio circundante puede causar variaciones de temperatura, tanto longitudinales como radiales..

REACTORES DE LECHO FIJO ISOTRMICOS Y ADIABTICOS

OPERACIN ISOTRMICAEn el caso isotrmico, las desviaciones con respecto al comportamiento de flujo tapn, tienen su origen en las variaciones de velocidad axial en la direccin radial y en la dispersin axial. La variacin axial de velocidad conduce a una distribucin del tiempo de residencia y lo mismo sucede con la dispersin axial. En los reactores de lecho fijo, estos efectos suelen ser pequeos para las condiciones isotrmicas, por lo que las ecuaciones de flujo tapn son satisfactorias. Sin embargo, en los reactores no isotrmicos, las desviaciones son potencialmente altas y es necesario tomar en cuenta las variaciones, especialmente las radiales.

OPERACIN ISOTRMICAPor consiguiente, consideraremos primero la forma bidimensional de la ecuacin de conservacin de la masa, para presentar despus la versin unidimensional de flujo tapn que es la que suele aplicarse en condiciones isotrmicas. En la siguiente figura se muestra una seccin de un reactor cataltico de lecho fijo.

Elemento anular en un reactor cataltico.

OPERACIN ISOTRMICAEn el caso isotrmico, las desviaciones con respecto al comportamiento de flujo tapn, tienen su origen en las variaciones de velocidad axial en la direccin radial y en la dispersin axial. La variacin axial de velocidad conduce a una distribucin del tiempo de residencia y lo mismo sucede con la dispersin axial. En los reactores de lecho fijo, estos efectos suelen ser pequeos para las condiciones isotrmicas, por lo que las ecuaciones de flujo tapn son satisfactorias. Sin embargo, en los reactores no isotrmicos, las desviaciones son potencialmente altas y es necesario tomar en cuenta las variaciones, especialmente las radiales.

OPERACIN ADIABTICALos reactores de gran dimetro o bien aislados se aproximan ms a la operacin adiabtica que a la isotrmica. Por consiguiente, un modelo unidimensional adiabtico puede ser una buena representacin del comportamiento real. Con este modelo, como en el caso de la operacin isotrmica, los gradientes radiales de concentraciones y temperatura suelen ser pequeos, pues su causa radica exclusivamente en la variacin radial de la velocidad axial. Si se incluye la dispersin axial del calor, la ecuacin bidimensional de conservacin de la energa es

OPERACIN ADIABTICAEl trmino de dispersin axial en la ecuacin de conservacin de la energa puede ser ms importante* que la dispersin axial de la masa. Sin embargo, para las velocidades relativamente altas y las grandes profundidades de lechos que existen en los reactores comerciales, es normal que se desprecie la dispersin axial tanto del calor como de la masa.

EJEMPLO EXPERIMENTALSe desea estimar el vo