// 06 · Cinética y diseño de reactores

Ingeniería de Reacción Química

Simula reactores CSTR, PFR y Batch con cinética de primer y segundo orden, reacciones reversibles y no isotérmicas. Perfiles de concentración, temperatura y conversión en tiempo real.

Motor Camisa calef. Feed A CA0= 1.0 mol/L Producto X= 0.75 CSTR Tanque agitado continuo V = 250 L Conversión X 75% Da = k·τ 3.00 τ (tiempo res.) 250s -rA = k·CAn
Balance CSTR: V = FA0·X / (-rA) = v0·CA0·X / (k·CA0ⁿ·(1-X)ⁿ)
Damköhler: Da = k·τ·CA0^(n-1) → X = Da/(1+Da) [n=1]
Energía: Q̇ - Ẇs = FA0·ΣΘi·Cpi·(T-T0) + FA0·X·ΔHrx
dV Feed FA0 X= 0.85 X(V) → CA(V) → V (L) 0 500 PFR Reactor tubular de flujo pistón Conversión X 85% Volumen 283 L Tiempo espacial τ 283 s
Balance PFR: dFA/dV = rA → FA0·dX/dV = -rA(X)
Levenspiel: V = FA0·∫₀ˣ dX/(-rA) [área bajo curva 1/(-rA) vs X]
Energía PFR: FA0·ΣΘi·Cpi·dT/dV = (-ΔHrx)·(-rA) - Ua·(T-Ta)
Motor Camisa calef. t = 200 s Reactor Batch Discontinuo — sistema cerrado t actual X CA t (s) Conversión 63% CA 0.37 mol/L
Balance Batch: NA·dX/dt = -rA·V → dX/dt = k·CA0^(n-1)·(1-X)ⁿ
Orden 1: X = 1 - e^(-k·t)  |  Orden 2: X = k·CA0·t/(1 + k·CA0·t)
Arrhenius: k = A·exp(-Ea/RT)  |  k₂/k₁ = exp[Ea/R·(1/T₁ - 1/T₂)]
// Cinética
Orden de reacción (n)
Constante k0.012 s⁻¹
CA01.0 mol/L
// Diseño
Conversión deseada X0.75
Caudal v₀1.0 L/s
// Termodinámica
Temperatura T350 K
Energía activación Ea50 kJ/mol
// Resultados
Conversión X
75%
Volumen V
250 L
Da = k·τ
3.00
τ (s)
250
k(T)
0.012 s⁻¹
CA,exit
0.25 mol/L
✓ Reactor diseñado correctamente.
Análisis gráfico — Ingeniería de reacción
Conversión vs volumen · Diagrama de Levenspiel
Conversión X vs Volumen
X vs V
Diagrama de Levenspiel (1/(-rA) vs X)
Levenspiel
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// 06 · Cinética y diseño de reactores

Ingeniería de Reacción Química

Simula reactores CSTR, PFR y Batch con cinética de primer y segundo orden, reacciones reversibles y no isotérmicas. Perfiles de concentración, temperatura y conversión en tiempo real.

Motor Camisa calef. Feed A CA0= 1.0 mol/L Producto X= 0.75 CSTR Tanque agitado continuo V = 250 L Conversión X 75% Da = k·τ 3.00 τ (tiempo res.) 250s -rA = k·CAn
Balance CSTR: V = FA0·X / (-rA) = v0·CA0·X / (k·CA0ⁿ·(1-X)ⁿ)
Damköhler: Da = k·τ·CA0^(n-1) → X = Da/(1+Da) [n=1]
Energía: Q̇ - Ẇs = FA0·ΣΘi·Cpi·(T-T0) + FA0·X·ΔHrx
dV Feed FA0 X= 0.85 X(V) → CA(V) → V (L) 0 500 PFR Reactor tubular de flujo pistón Conversión X 85% Volumen 283 L Tiempo espacial τ 283 s
Balance PFR: dFA/dV = rA → FA0·dX/dV = -rA(X)
Levenspiel: V = FA0·∫₀ˣ dX/(-rA) [área bajo curva 1/(-rA) vs X]
Energía PFR: FA0·ΣΘi·Cpi·dT/dV = (-ΔHrx)·(-rA) - Ua·(T-Ta)
Motor Camisa calef. t = 200 s Reactor Batch Discontinuo — sistema cerrado t actual X CA t (s) Conversión 63% CA 0.37 mol/L
Balance Batch: NA·dX/dt = -rA·V → dX/dt = k·CA0^(n-1)·(1-X)ⁿ
Orden 1: X = 1 - e^(-k·t)  |  Orden 2: X = k·CA0·t/(1 + k·CA0·t)
Arrhenius: k = A·exp(-Ea/RT)  |  k₂/k₁ = exp[Ea/R·(1/T₁ - 1/T₂)]
// Cinética
Orden de reacción (n)
Constante k0.012 s⁻¹
CA01.0 mol/L
// Diseño
Conversión deseada X0.75
Caudal v₀1.0 L/s
// Termodinámica
Temperatura T350 K
Energía activación Ea50 kJ/mol
// Resultados
Conversión X
75%
Volumen V
250 L
Da = k·τ
3.00
τ (s)
250
k(T)
0.012 s⁻¹
CA,exit
0.25 mol/L
✓ Reactor diseñado correctamente.
Análisis gráfico — Ingeniería de reacción
Conversión vs volumen · Diagrama de Levenspiel
Conversión X vs Volumen
X vs V
Diagrama de Levenspiel (1/(-rA) vs X)
Levenspiel