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Reactor continuo de tanque agitado Los reactores continuos tanque agitado se usan normalmente para llevar a cabo reacciones en fase líquida, tanto en el laboratorio como a escala industrial. Sin embargo, también se usa para llevar a cabo reacciones en fase gas sobre todo cuando son reacciones catalizadas por un sólido y para sistemas de reacción sólido-líquido-gas (S-L-G). Sea el siguiente reactor tanque agitado que sigue el modelo de flujo de mezcla perfecta, por tanto, con la relación H/DR, Da/DR, tipo de agitador y potencia de agitación adecuados.

En las unidades continuas interesa la operación en estado estacionario, por tanto, se diseñan para ello. En consecuencia, la ecuación de diseño que se deducirá será válida para dicho estado estacionario, no siéndolo ni para la puesta en marcha ni para la parada. En el reactor continuamente agitado, ocurre la reacción exotérmica A B. Aplicaciones  Reacciones muy sensibles a la temperatura (procesos de nitración de compuestos aromáticos)  Reacciones lentas que precisan elevados tiempos de permanencia  Reacciones en fase líquida o con sólidos en suspensión Copolimerización de butadieno y estireno Ventajas  Operación en estado estacionario (control de la operación más sencillo)  Mayor uniformidad de los productos de reacción  Elevadas capacidades de tratamiento Si la reacción es completa y única, no se precisan etapas de separación. Inconvenientes:  Elevados volúmenes de reactor si la velocidad de reacción  Es baja en el interior del mismo

Ecuación de diseño. En estado estacionario el balance macroscópico de materia para el reactante limitante es el siguiente:

Puesto que el reactor sigue el modelo de flujo de mezcla perfecta, está perfectamente homogeneizado, la relación entre el caudal de generación y la velocidad intensiva es la siguiente:

con lo que el balance es:

La definición de conversión porcentual de un componente en un sistema continuo es

Cuando la corriente de alimento está exenta de producto de la reacción wA0 es wA1. Sin embargo, si el alimento lleva producto es necesario referir la conversión de dicha corriente, como la de la salida, a un mismo punto de manera que:

donde wA0 es un caudal de alimento libre de producto que se calcula de acuerdo a la estequiometria. El balance resultante es:

Si el alimento no está parcialmente convertido (X1A=0) se tiene que q0=q1 y cA0=cA1. El cociente V/qO =θ tiene unidades de tiempo y recibe el nombre de tiempo espacial. Dicho tiempo representa el tiempo necesario para tratar un volumen de alimentación (V) medido en las condiciones del alimento. La inversa del tiempo espacial recibe el nombre de velocidad espacial. El tiempo medio de residencia es 2 V q y representa el tiempo que está en el reactor cada elemento de volumen. Ambos tiempos sólo coinciden cuando la densidad del sistema es constante ya que en ese caso qO=q2. La ecuación (2.8) en el caso concreto de un sistema de densidad constante queda reducida de la siguiente forma:

Régimen isotermo

Se define régimen isotermo en un reactor tanque agitado continuo de mezcla perfecta cuando existe intercambio de calor entre el sistema reaccionante y el entorno. El balance macroscópico de entalpía para un reactor continuo tanque agitado en régimen estacionario y sin cambios de fase se reduce a:

si sólo existe una entrada y una salida, si w1=w2 en unidades molares ya que o se trabaja en unidades másicas y cp se suponen constante:

Esta ecuación relaciona la temperatura de salida del fluido, y por tanto la del reactor, con el caudal de calor a eliminar del reactor. Si sólo se tiene una reacción la ecuación anterior se reduce a

la cual junto con el balance macroscópico de materia y la conversión de A

proporciona la siguiente ecuación:

Como

son constantes (estado

estacionario), la relación es lineal y formalmente análoga a la obtenida para un reactor discontinuo, pero representa “físicamente” un solo punto. Puesto que son de temperatura ((J/s)/(kg/s·J/(kgK))) en las unidades de realidad la ecuación es

Régimen adiabático. Si no existe intercambio de calor entre el sistema y los alrededores se dice que el régimen térmico es adiabático. En este caso Q es 0 y las ecuaciones 2.10 y 2.11 son

Ecuación formalmente análoga a la obtenida para un reactor discontinuo, pero representa “físicamente” un solo punto. Es necesario señalar que a pesar de ser régimen adiabático en estado estacionario la temperatura de un reactor tanque agitado continuo de mezcla perfecta es única: es un punto de operación.