Modelo de reactor de flujo pistón
El modelo de reactor de flujo pistón ( PFR , a veces llamado reactor tubular continuo , CTR o reactores de flujo de pistón ) es un modelo utilizado para describir reacciones químicas en sistemas de flujo continuo de geometría cilíndrica. El modelo PFR se utiliza para predecir el comportamiento de los reactores químicos de dicho diseño, de modo que se puedan estimar las variables clave del reactor, como las dimensiones del reactor.
El fluido que atraviesa un PFR puede modelarse como fluyendo a través del reactor como una serie de "tapones" coherentes infinitamente delgados, cada uno con una composición uniforme, viajando en la dirección axial del reactor, teniendo cada tapón una composición diferente a los anteriores. y después de eso. La suposición clave es que cuando un tapón fluye a través de un PFR, el fluido se mezcla perfectamente en la dirección radial pero no en la dirección axial (hacia adelante o hacia atrás). Cada tapón de volumen diferencial se considera una entidad separada, efectivamente un reactor de tanque agitado continuo infinitesimalmente pequeño , que se limita a un volumen cero. A medida que fluye hacia abajo por el PFR tubular, el tiempo de residencia () del tapón es función de su posición en el reactor. En el PFR ideal, la distribución del tiempo de residencia es, por tanto, una función delta de Dirac con un valor igual a .
La RFP estacionaria se rige por ecuaciones diferenciales ordinarias , cuya solución se puede calcular siempre que se conozcan las condiciones de contorno adecuadas .
El modelo PFR funciona bien para muchos fluidos: líquidos, gases y lodos. Aunque el flujo turbulento y la difusión axial provocan cierto grado de mezcla en la dirección axial en los reactores reales, el modelo PFR es apropiado cuando estos efectos son lo suficientemente pequeños como para poder ignorarlos.
En el caso más simple de un modelo PFR, se deben hacer varias suposiciones clave para simplificar el problema, algunas de las cuales se describen a continuación. Tenga en cuenta que no todos estos supuestos son necesarios; sin embargo, la eliminación de estos supuestos aumenta la complejidad del problema. El modelo PFR se puede utilizar para modelar múltiples reacciones, así como reacciones que implican cambios de temperatura, presiones y densidades del flujo. Aunque estas complicaciones se ignoran en lo que sigue, a menudo son relevantes para los procesos industriales.
Un balance de material en el volumen diferencial de un elemento fluido, o tapón, en la especie i de longitud axial dx entre x y x + dx da:
