Reactor CSTR1

7/23/2019 Reactor CSTR1

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RE CTOR CSTR

Complete Stirred Tank Reactor)

Este tipo de reactor consisteen un tanque con buena

agitacin en el que hay unflujo continuo de materialreaccionante y desde el cualsale continuamente elmaterial que ha reaccionado(parcialmente).


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La agitacin del contenido esesencial a causa de la formade estos recipientes (por

ejemplo, cilindros cuyodimetro es igual a su altura);si no fuera asi, se creara unacorriente directa de fluidoentre la entrada y la salida delrecipiente y gran parte del

volumen de este sera unespacio muerto (sincirculacin).


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Tenemos un ejemplo de un reactor CSTR para polimerizacin.(La polimerizacin es un proceso qumico por el que losreactivos, monmeros (compuestos de bajo peso molecular) seagrupan qumicamente entre s, dando lugar a una molcula de

gran peso, llamada polmero, o bien una cadena lineal o unamacromolcula tridimensional.)


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Algunas caractersticas

La caracterstica importante de un reactor CSTR es la agitacin.Una primera aproximacin que describe ms apropiadamentesu funcionamiento se basa en la suposicin de que su contenidoest perfectamente mezclado. Como consecuencia de ello, la

corriente efluente tiene la misma composicin que elcontenido. Los reactores de este tipo poseen muchas facilidadesen lo referente a transferencias de calor, y la agitacinpermanece constante en el interior del reactor.


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Otra caracterstica de este tipo de reactores es que posee unaunidad procesadora (tanque) diseado para que dentro de este seproduzcan una o varias reacciones qumicas, producto del ingresodel flujo de alimentacin, con el fin de descargar productos conflujos volumtricos del material que ha reaccionado, de modo que

el volumen de reaccin permanece constante.


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En un reactor CSTR no es difcil alcanzar, con bastante aproximacin,una mezcla perfecta, siempre y cuando la fase fluida no sea demasiadoviscosa. En general, si un elemento de fluido que entra (por ejemplo,colorante agregado) se distribuye en el tanque, entonces ste puedeconsiderarse bien mezclado.


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Por lo tanto:

En estado estacionario, el caudal adentro debe igualar, elcaudal total hacia fuera, si no el tanque desbordar o ir al vaco(estado estacionario). Mientras que el reactor est en un estadotransitorio la ecuacin modelo se debe derivar de la masa y delos balances energticos diferenciados.

Todos los clculos realizados con CSTR se asumen con un

mezclado perfecto.

A menudo, es econmicamente beneficioso funcionar con varios

CSTRs en series o en paralelo. Esto permite, por ejemplo, al primer

CSTR funcionar en una concentracinms alta de reactivo y por lotanto con una tasa ms alta de reaccin. En estos casos, los

tamaos de los reactores se pueden variar para reducir al mnimo

la inversion de capital total requerida para poner el proceso en

ejecucin.


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Ventajas en la

el or ci

n de un reactor CSTR Una de las grandes ventajas de los reactores CSTR, adems desu sencillez de construccin, es la facilidad con que se realiza elcontrol de la temperatura. Los reactivos que entran al primerrecipiente de inmediato entran a un gran volumen de fluido queha reaccionado parcialmente y, debido a la agitacin, no

tienden a producirse zonas calientes. Asimismo los tanques delreactor CSTR ofrecen la oportunidad de proporcionar un reamuy grande de superficie de enfriamiento. Adems de lasuperficie externa de los recipientes mismos, puede lograrseuna gran cantidad de superficie interna si se instalan

serpentines sumergidos.


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Otra ventaja es que la construccin es abierta. Esto facilita lalimpieza de las superficies internas lo cual es importante en elcaso de reacciones en que hay una tendencia a que se depositematerial slido, por ejemplo, en los proceso de polimerizacin yen las reacciones en que se forma como producto algn

material alquitranado.


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Campos de plic cin de los reactores CSTR

Los campos de aplicacinpicos de los reactores CSTR son losprocesos continuos de sulfonacion, nitracin, polimerizacin,etc. Se utiliza ampliamente en la industria qumicaorgnica y, enparticular, en la produccin de plsticos, explosivos, hulesinttico, etc.

El reactor CSTR se emplea tambin siempre que hay necesidadespecial de agitacin, por ejemplo, para mantener las burbujasde gas o las parculasslidas en suspensin dentro de una faseliquida o para mantener las gotitas de un liquido en el seno de

otro, como es el caso de la nitracin de benceno o tolueno. Larapidez de estas reacciones depende considerablemente delgrado de dispersin y, por lo tanto, de la intensidad de laagitacin.


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Ejemplos de Productos realizados en reactoresCSTR


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Clculos

Como todos los puntos del reactor tienen igual composicin ypropiedades el volumen de control para realizar el balance demasa es todo el reactor; en estado estacionario queda entonces

FA representa el flujo molar de la especie indicada en el

subindice, esta relacionado con el flujo volumtrico


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El diseo de operaciones tanto en sistemas CSTR como enreactores PFR usualmente es deseado determinar el tiempo de

residencia (representado por la letra

dimensionalmente

se mide en segundos ) y el factor de escala (representado por laletra S), este ltimo expresado como el volumen por unidad demasa del producto, los problemas de optimizacin se enfocan

en reducir tanto como S, esto se logra manipulando larelacin de concentracin entre los reactantes para CSTR


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Si se trata de un fluido que no sufre expansin ni compresin

Puede sustituirse en la expresin anterior. Suele definirseadems el parmetro

A veces denominado tiempo espacial (y tambin tiempo deresidencia hidrulico), donde Ves el volumen de reaccin y vo elflujo volumtrico a la entrada, y que en los sistemas queestamos considerando coincide con el tiempo de residenciahidrulico. Por lo tanto la ecuacin de diseo del CSTR puedeescribirse como :


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Este tipo de reactor resulta muy atractivopara estudios cinticos debido a susimplicidad del clculo caracterstica.

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