En altres assignatures sha estudiat el càlcul de la composició en lequilibri i la influència de diferents variables sobre aquesta composició. Ací simplement es vol recordar que lequilibri químic marca un límit, és a dir, constitueix una restricció per a les variables que representen el sistema. Així, per exemple, la variable grau de conversió, tal com sha definit en lapartat anterior, està acotada entre 0 i 1, però ara ho estarà entre 0 i Xe(grau de conversió en lequilibri). Daquesta manera, la zona permesa per a aquesta variable (i les composicions associades a ella) queda restringida a una regió menor que la que permeten els canvis estequiomètrics.
La conditió dequilibri porta a un mínim de la funció de Gibbs, la qual cosa permet introduir el concepte de constant termodinàmica dequilibri, per a cada una de les reactions:
2.3.1 Influència de la temperatura
El punt de partida per a analitzar la influència de la temperatura sobre la composició en lequilibri és lequació de Vant Hoff:
don es pot deduir que si la reacció és exotèrmica (ΔH<0), en augmentar la temperatura la constant dequilibri A"disminueix, i amb ella també ho fa Xe. Al contrari, si la reacció és endotèrmica (ΔH>0), en augmentar la temperatura augmenta K,i amb ella Xe. Situations que estan dacord amb el principi de Le Chatelier-Braun. La forma daquestes variations poden observar-se en les figures 2.9 i 2.10.
2.3.2 Altres influències
En diferents textos (Modell i Reid, 1974; Aris, 1969) es pot estudiar la influència de variables com ara pressió, presència dinerts, composició initial, etc., i no sanalitzaran ací amb detail. No obstant això, es recordarà que aquestes variables no influeixen sobre K, però evidentment poden afectar la composició en lequilibri.
2.4 Tipus de reactor
Tal com es va comentar en el capítol l hi ha una gran varietat de tipus, grandàries, formes, colors, etc. de reactors, per la qual cosa es procedeix a una classificació daquests:
2.4.1 Classificació dels reactors químics
2.4.1.1 Per la forma doperar
Segons el tipus doperació, els reactors poden ser discontinus, continus o semicontinus.
El reactor discontinu també es coneix com a intermitent, o per càrregues (batch), noms que descriuen el seu funcionament. El comportament daquest reactor és sempre no estacionari, funciona per cicles, és flexible i presenta un cost inicial baix. El producte pot presentar falta dhomogeneïtat entre les diferents càrregues (cicles).
El segon tipus és el continu. El comportament habitual daquest reactor és estacionari, resulta fàcil dautomatitzar i controlar, presenta menor cost doperació, el producte sol ser molt homogeni.
El comportament semicontinu és intermedi (híbrid) entre els anteriors, per la qual cosa normalment serà no estacionari. La seua flexibilitat facilita el control de la temperatura. Presenta moltes disposicions. Per exemple, si tenim dos reactius, es pot introduir inicialment un dels reactius (discontinu) i després introduir laltre de manera contínua. Una altra situació semicontínua correspon al cas en què un dels productes de la reacció és volàtil, el funcionament és bàsicament discontinu, excepte pel fet que aquell producte selimina contínuament. Aquest procediment pot facilitar la superació de les limitacions relacionades amb lequilibri que apareixen en altres reactors. El comportament semicontinu proporciona una sèrie de graus de llibertat extra en les mans del dissenyador. En la figura 2.2 sesquematitzen els funcionaments que sacaben de comentar.
Figura 2.2. Esquemes dels reactors classificats per la forma doperar.
2.4.1.2 Per la forma de circular o de posar en contacte la mescla reaccionant
Dacord amb la forma de circular la mescla reactiva, els reactors poden ser de tanc agitat o tubulars.
El nom de reactor tubular, a més de la referència a laspecte del reactor, indica que la mescla avança en una direcció i la composició canviarà en aquesta direcció, a causa de la reacció química (cj = f(z)).
En el funcionament conegut com de tanc agitat, lagitació provoca una homogeneïtzació del sistema i no es troben variacions ni en la composició ni en la temperatura [cj f(x, y, z), T f(x, y, z)]. En la figura 2.3 sesquematitzen els funcionaments que sacaben de comentar:
Figura 2.3. Esquemes dels reactors classificats per la forma de circular.
2.4.1.3 Per la forma dintercanviar calor
Dacord amb aquest punt de vista un reactor pot ser:
Adiabàtic, quan no hi ha intercanvi de calor amb lexterior (q = 0).
No adiabàtic, en cas contrari (q 0). Al seu torn, poden contemplar-se el comportament isoterm, en què lintercanvi de calor és ladequat perquè no hi haja canvi en la temperatura, i el no isoterm en cas contrari.
2.4.1.4 Per la naturalesa de les fases presents
Atenent la naturalesa de les fases presents, els reactors poden ser:
Homogenis, quan la mescla reactiva presenta una sola fase (gas o líquida).
Heterogenis, quan estan presents i intervenen en la reacció diverses fases (gas-líquid, gas-sòlid, líquid-sòlid, líquid-líquid, sòlid-sòlid, gas-líquid-sòlid, etc.). Per exemple, la polimerització per suspensió és una reacció homogènia, encara que hi haja diverses fases, perquè la reacció succeeix únicament en una delles (les gotes).
2.4.2 Reactors tipus o estàndard
A la vista de les classificacions anteriors, i per a facilitar lestudi dels distints equips, es van proposar una sèrie de reactors ideals combinant distints aspectes daquelles. Els reactors ideals (comportament idealitzat) són:
Reactor Discontinu de Tanc Agitat (RDTA).
Reactor Continu de Tanc Agitat (RCTA).
Reactor Continu Tubular o de Flux de Pistó (RCT o RFP).
Figura 2.4. Reactors tipus, ideals o estàndard.