Presentazione di PowerPoint

Esercizi su reattori ideali
LEZIONI DI CONTROLLO E SICUREZZA
DEI PROCESSI IN AMBITO FARMACEUTICO
ING. MAURIZIA SEGGIANI
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tel: 050 2217881
REATTORI BATCH
Determinare il tempo di reazione t necessario per avere una
conversione x desiderata nel caso che la reazione (A  P) sia
irreversibile e d’ordine n (con n≠1) del tipo:
rA  kC An
In questo caso, sempre nell’ipotesi di volume costante (tipico delle
reazioni in fase liquida) e temperatura costante (garantita dal sistema
di controllo), si ha:
CA= CA0 (1 – X)
rA=k (CA0 (1 – X))n
L’equazione costitutiva del reattore batch si scrive quindi:
Alcune forme particolari dell’
’equazione che esprimono le relazioni tempo di reazione conversione sono le seguenti:
Per cinetica di ordine zero (n =0):
Per: cinetica di ordine uno (n = 1):
Per cinetica di ordine due (n = 2):
Tempi caratteristici dei reattori
Reattore batch
Tempo di reazione t, è il tempo che ogni elemento di fluido sta nel reattore.
Reattore CSTR
Il rapporto  = V/Q ha le dimensioni di un tempo e rappresenta il tempo
medio di residenza nel sistema, ovvero esprime il tempo che (mediamente)
un elemento di fluido trascorre nel reattore.
Reattore PFR
Il rapporto  = V/Q ha le dimensioni di un tempo e rappresenta il tempo di
residenza nel sistema, ovvero esprime il tempo che ogni elemento di fluido
trascorre nel reattore.
CONFRONTO PFR–BATCH
Con riguardo alle dimensioni del reattore, si confrontino l’equazione di progetto del batch:
con quella del PFR:
Si vede che un elemento di fluido deve avere nei due reattori lo stesso tempo a disposizione per
raggiungere la conversione X. Quindi, per ottenere lo stesso risultato in termini di quantità di prodotto
ottenuto nello stesso tempo i due reattori dovranno avere lo stesso volume.
Ma,
considerando
una
produzione
continua, dovremmo aumentare il
volume necessario per il reattore
discontinuo, per tenere conto dei tempi
morti dovuti al tempo di caricamento e
scarico del reattore.
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Esercizio 1.
Il processo reattivo 2A P (
, k = 0,15 L/(mol∙min)) è condotto in
fase liquida in un reattore batch; il tempo morto tm (tempo di carico +
scarico) è di 0.5 h.
Nel reattore è inizialmente presente solo il reagente A (
= 2 mol/L;
=
10 mol). Si valuti il tempo di reazione tR necessario per ottenere una
conversione del 90% e la relativa produzione in termini di mol/h.
REATTORI PFR
Esercizio 2
Una reazione A + B  P è condotta in fase liquida,
(k = 200 L/(mol∙min)), Q = 400 L/min,
= 0,1 M,
= 0,1 M.
Si valuti il volume del reattore a flusso a pistone per ottenere una produzione
oraria di P pari a 2390 mol/h e la corrispondente conversione di A.
Inoltre si valuti il volume di un reattore batch in grado di garantire la stessa
produzione oraria di P con la stessa conversione di A considerando un
tempo morto di 30 min.
Esempi di domande/esercizi della prova di esame
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