Estos reactores trabajan en estado estacionario, es decir, que sus propiedades no varían con el tiempo. Este modelo ideal supone que la reacción alcanza la máxima conversión en el instante en que la alimentación entra al tanque. Es decir, que en cualquier punto de este equipo las concentraciones son iguales a las de la corriente de salida. Además para este tipo de reactor se considera que la velocidad de reacción para cualquier punto dentro del tanque es la misma y suele evaluarse a la concentración de salida. Para este reactor suele asumirse que existe un mezclado perfecto, en la práctica esto no es así, pero puede crearse un mezclado de alta eficiencia que se aproxima a las condiciones ideales.

El balance de materia para este reactor en términos molares es el siguiente.

representa el flujo molar de la especie indicada en el subíndice, está relacionado con el flujo volumétrico.

suponiendo que el sistema opera en estado estacionario, el cambio de concentración molar tiende a cero.

En términos de conversión molar y tomando como ejemplo la especie reaccionante A de coeficiente estequiométrico igual a 1. El balance se reduce a.

una posterior simplificación matemática muestra:.

El diseño de operaciones tanto en sistemas CSTR como en reactores PFR usualmente es deseado determinar el “tiempo de residencia” (representado por la letra y dimensionalmente se mide en segundos ) y el factor de escala (representado por la letra S), este último expresado como el volumen por unidad de masa del producto, los problemas de optimización se enfocan en reducir tanto como S, esto se logra manipulando la relación de concentración entre los reactantes.

para CSTR.

Este tipo de reactor resulta muy atractivo para estudios cinéticos debido a su simplicidad del cálculo característica.

La configuración óptima para este tipo de reactor depende de parámetros. La inversión en capital en equipo es importante, pero los costos de energía y el costo del producto es factor determinante, el uso de reactores en batería es muy común en la industria debido a que suele ser rentable.

Estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal de pistón, y la conversión es función de la posición. En este tipo de reactor la composición del fluido varía de un punto a otro a través de la dirección del flujo, esto implica que el balance para un componente dado de la o las reacciones químicas implicadas o debe realizarse en un elemento diferencial de volumen.

Balance de materia:.

pero.

y.

A fin de encontrar la ecuación de diseño, es necesario integrar la expresión, considerando que la velocidad de alimentación es constante, sustituyendo las ecuaciones anteriores en el balance general, agrupando términos y después integrando, se obtiene:.

Se puede observar que, a diferencia de la ecuación de diseño para el reactor MFR, la velocidad de reacción es variable, por lo general para mecanismos de reacción complejos suelen usarse métodos de integración gráfica, como series de Simpson, método de sumas de trapecios, cuadratura gaussiana, etc., el uso de software computacional suele ser útil para estos procedimientos.

Respecto al balance de energía, también se basa en un modelo diferencial.

Existe un tipo especial de reactores que debido a su naturaleza obedece leyes cinéticas diferentes, además de que por su complejidad los balances de materia y energía son más complejos, la diferencia radica en el número de fases físicas involucradas, los mecanismos de transferencia tanto de calor como de energía son más complejos debido a que están presentes más de un mecanismo, pudiendo ser de naturaleza convectiva o conductiva.

Suelen ser de dos tipos: fluidizado o de lecho empacado, la elección depende de la reacción de interés y del mecanismo cinético observado.

Los reactores de lecho fluidizado poseen las siguientes propiedades:.

El reactor de lecho empacado posee las siguientes características:.

Balance de materia:

Al igual que el PFR, el balance es diferencial, además se toma en cuenta la difusión radial, el balance se realiza tomando en cuenta una geometría radial.

[2]​.

Balance de energía:.

En muchas situaciones estos modelos ideales son válidos para casos reales, en caso contrario se habrán de introducir en los balances de materia, energía y presión términos que reflejen la desviación de la idealidad. Si por ejemplo la variación de las propiedades se debe a fenómenos de transporte de materia o calor se pueden introducir las leyes de Fick o Fourier respectivamente.

Estos reactores trabajan en estado estacionario, es decir, que sus propiedades no varían con el tiempo. Este modelo ideal supone que la reacción alcanza la máxima conversión en el instante en que la alimentación entra al tanque. Es decir, que en cualquier punto de este equipo las concentraciones son iguales a las de la corriente de salida. Además para este tipo de reactor se considera que la velocidad de reacción para cualquier punto dentro del tanque es la misma y suele evaluarse a la concentración de salida. Para este reactor suele asumirse que existe un mezclado perfecto, en la práctica esto no es así, pero puede crearse un mezclado de alta eficiencia que se aproxima a las condiciones ideales.

El balance de materia para este reactor en términos molares es el siguiente.

representa el flujo molar de la especie indicada en el subíndice, está relacionado con el flujo volumétrico.

suponiendo que el sistema opera en estado estacionario, el cambio de concentración molar tiende a cero.

En términos de conversión molar y tomando como ejemplo la especie reaccionante A de coeficiente estequiométrico igual a 1. El balance se reduce a.

una posterior simplificación matemática muestra:.

El diseño de operaciones tanto en sistemas CSTR como en reactores PFR usualmente es deseado determinar el “tiempo de residencia” (representado por la letra y dimensionalmente se mide en segundos ) y el factor de escala (representado por la letra S), este último expresado como el volumen por unidad de masa del producto, los problemas de optimización se enfocan en reducir tanto como S, esto se logra manipulando la relación de concentración entre los reactantes.

para CSTR.

Este tipo de reactor resulta muy atractivo para estudios cinéticos debido a su simplicidad del cálculo característica.

La configuración óptima para este tipo de reactor depende de parámetros. La inversión en capital en equipo es importante, pero los costos de energía y el costo del producto es factor determinante, el uso de reactores en batería es muy común en la industria debido a que suele ser rentable.

Estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal de pistón, y la conversión es función de la posición. En este tipo de reactor la composición del fluido varía de un punto a otro a través de la dirección del flujo, esto implica que el balance para un componente dado de la o las reacciones químicas implicadas o debe realizarse en un elemento diferencial de volumen.

Balance de materia:.

pero.

y.

A fin de encontrar la ecuación de diseño, es necesario integrar la expresión, considerando que la velocidad de alimentación es constante, sustituyendo las ecuaciones anteriores en el balance general, agrupando términos y después integrando, se obtiene:.

Se puede observar que, a diferencia de la ecuación de diseño para el reactor MFR, la velocidad de reacción es variable, por lo general para mecanismos de reacción complejos suelen usarse métodos de integración gráfica, como series de Simpson, método de sumas de trapecios, cuadratura gaussiana, etc., el uso de software computacional suele ser útil para estos procedimientos.

Respecto al balance de energía, también se basa en un modelo diferencial.

Existe un tipo especial de reactores que debido a su naturaleza obedece leyes cinéticas diferentes, además de que por su complejidad los balances de materia y energía son más complejos, la diferencia radica en el número de fases físicas involucradas, los mecanismos de transferencia tanto de calor como de energía son más complejos debido a que están presentes más de un mecanismo, pudiendo ser de naturaleza convectiva o conductiva.

Suelen ser de dos tipos: fluidizado o de lecho empacado, la elección depende de la reacción de interés y del mecanismo cinético observado.

Los reactores de lecho fluidizado poseen las siguientes propiedades:.

El reactor de lecho empacado posee las siguientes características:.

Balance de materia:

Al igual que el PFR, el balance es diferencial, además se toma en cuenta la difusión radial, el balance se realiza tomando en cuenta una geometría radial.

[2]​.

Balance de energía:.

En muchas situaciones estos modelos ideales son válidos para casos reales, en caso contrario se habrán de introducir en los balances de materia, energía y presión términos que reflejen la desviación de la idealidad. Si por ejemplo la variación de las propiedades se debe a fenómenos de transporte de materia o calor se pueden introducir las leyes de Fick o Fourier respectivamente.