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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALINA CRUZ TEMA 2: FUNDAMENTOS DE REACTORES HETEROGÉNEOS ASIGNATURA: REACTORES QUÍMICOS INGENIERÍA QUÍMICA SEMESTRE: VI GRUPO: F INTEGRANTES N° DE CONTROL HERNÁNDEZ GARCÍA LUIS ÁNGEL 181020348 LÓPEZ ANOTA JOSÉ EMMANUEL 181020257 MARTÍNEZ FUENTES VÍCTOR EDUARDO 181020397 PACHECO GORDON SILVIA KARINA 181020347 RAMOS SARABIA ALEXANDRO 181020339 REYES DE LA PAZ HÉCTOR MANUEL 181020346 PROFESORA: ING. MARÍA DE LOS ÁNGELES RUIZ SÁNCHEZ SALINA CRUZ, OAXACA JUNIO 2021 Instituto Tecnológico de Salina Cruz
4. RECTORES PARA REACCIONES GAS-
SOLIDO NO CATALÍTICAS
INTRODUCCIÓN
Los reactores para reacciones gas-solido no catalíticas tienen la característica de que el solido es el reactante de referencia sobre el cual se hará la conversión. Los reactores son muy utilizados en la industria, ejemplo de esto es en la industria cementera que se utiliza un horno rotatorio o en la industria de cal que se utiliza un Lecho fluidizado convencional. Y como se puede ver los tipos de reactores empleados son fundamentalmente los mismos que se utilizan para las reacciones catalizadas por sólidos: lecho fijo, fluidizado y móvil, existiendo evidentemente algunos con sus detalles característicos.
4. REACTORES PARA REACCIONES GAS-SOLIDO
NO CATALITICAS
Las principales aplicaciones de dichas tecnologías son: Regeneración catalizadores por combustión Alto horno Cemento Tostación menas Tostación pirita Reducción sulfato bario Combustión carbón Quemador de carbón en polvo Gasificación del carbón Reducción de la mena de hierro Manufactura de la cal Lecho fijo, lecho móvil vertical, lecho fluidizado convencional Lecho móvil Horno rotatorio Horno rotatorio Horno con múltiples platos y brazos rotatorios Horno rotatorio Lecho fijo, lecho fluidizado convencional transporte neumático Lecho fijo, lecho fluidizado convencional Lecho fluidizado convencional Lecho fluidizado convencional
Los tipos de reactores empleados son fundamentalmente los
mismos que se utilizan para las reacciones catalizadas por
sólidos: lecho fijo, fluidizado y móvil, existiendo
evidentemente algunos con sus detalles característicos. El
flujo de sólidos y fluidos en todos estos reactores no tiene
porque ser el ideal, aunque para realizar el análisis del reactor
se suele admitir la hipótesis que se aproximan a uno de los
tipos de flujo ideal.
Los principales modelos de contacto en las
operaciones gas-solido se clasifican en:
Flujo en pistón de gas y sólidos: Como se ha comentado, este es el caso de los reactores de lecho móvil. La composición y temperatura varía a lo largo del reactor. El contacto entre fases puede realizarse en contracorriente, por flujo cruzado o por flujo en corriente directa o cocorriente.
Flujo de sólidos en mezcla perfecta :
Este es el caso de los lechos fluidizados en los que el flujo de gas es difícil de caracterizar y suele estar entre MP y FP para burbujas pequeñas. Para grandes burbujas existen canalizaciones importantes, pudiendo haber desviaciones importantes del modelo de flujo ideal de MP, con posibles conversiones menores que la correspondiente a la mezcla completa. Entonces, para la fase gas, se debe utilizar el modelo de burbujeo de KuniiLevenspiel.
La posible no idealidad del flujo del sólido se aborda bastante
bien mediante la curva de distribución de tiempos de residencia.
Su uso es ventajoso ya que el hecho de que el flujo del sólido sea
completamente segregado (comportamiento de macrofluido)
permite aplicar la ecuación de Levenspiel relativa al cálculo de la
conversión.
4.1 REACTORES DE LECHO MOVIL
Dado que para un flujo en pistón todas las partículas de sólido permanecen el mismo tiempo en el reactor, se calcula directamente el tiempo de contacto o tiempo de reacción necesario para una única partícula, o dado el tiempo se calcula la conversión. Con el fin de seleccionar la etapa controlante, se reseñan algunas reglas y sugerencias: 1.- Variando el radio de la partícula, R, con la velocidad de gas, u, y temperatura, T constantes (t o τ )
- t = t(R 1,5-2, ) etapa controlante película externa
- t = t(R 2 ) etapa controlante difusión a través cenizas
- t = t(R) etapa controlante reacción química
2.- Variando u manteniendo R y T constantes:
- Si u influye, posible control de la película externa, normalmente a números de Reynolds, Re, pequeños.
- Números de Re altos no suele haber resistencia en película externa.
- En general, en presencia de capa de ceniza consistente, la resistencia película externa despreciable. 3.- Variación temperatura.
- Si T afecta mucho (exponencialmente), control por la reacción química.
- Si T afecta linealmente, posible control de una de las etapas físicas
Es difícil encontrar en aplicaciones reales sólidos con el mismo taño de partícula. Es mucho más frecuentes, sobre todo en la industria, manejar sólidos que presentan una distribución de tamaño de partículas y vienen caracterizados mediante un análisis por tamizado que proporciona una función distribución discreta de tamaños. Sea F el caudal de sólidos a tratar (m3/s o kg/s) y F(dp) el caudal de sólido del tamaño dp que entra en el reactor. Si dpm es el tamaño de partícula mayor, para partículas que no cambian de tamaño se tiene que: 𝐹 =
𝑝
𝑚 𝐹(𝑑
)
Puesto que la característica del flujo en pistón es el avance de un frente plano todo elemento va a permanecer el mismo tiempo en el reactor. Entonces, conocida la cinética se puede calcular la conversión para cualquier tamaño. Finalmente, la conversión media de los sólidos que salen del reactor puede calcularse sumando la contribución de todos los tamaños, cuantificada por la fracción másica de cada fracción de partículas con el mismo tamaño:
𝐵
𝑑𝑝= 0 𝑑𝑝𝑚
𝐵
𝑝
𝑝
𝐵
