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1
Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de
difusioacuten no es limitante
Equipo no 4Vaacutezquez Saacutenchez Jorge Carlos
2
El teacutermino de velocidad estaacute basado en un elemento de volumen del reactor Si el elemento de volumen incluye una regioacuten heterogeacutenea de fluido reaccionante y partiacuteculas cataliacuteticas soacutelidas la velocidad apropiada incorporaraacute las transferencias de masa y de energiacutea del fluido a la superficie soacutelida y en el interior de las partiacuteculas (las partiacuteculas cataliacuteticas suelen ser porosas)
Velocidades Globales o Totales
3
ldquoDisentildeo de reactoresrdquo requiere que se tome en cuenta los procesos de transporte de ldquoMasa y Energiacuteardquo
Velocidades globales y Totales
4
1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)
2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)
3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica
4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)
5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la
superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido
a la corriente de fluido global
PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
5
Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma
1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)
1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)
DIFUSIOacuteN EXTERNA
6
Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos
1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)
DIFUSIOacuteN INTERNA
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
eliacutec
ula
est
anca
da
Su
perf
icie
exte
rior
de la p
art
iacutecula
Su
perf
icie
inte
rna d
e la p
art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
2
El teacutermino de velocidad estaacute basado en un elemento de volumen del reactor Si el elemento de volumen incluye una regioacuten heterogeacutenea de fluido reaccionante y partiacuteculas cataliacuteticas soacutelidas la velocidad apropiada incorporaraacute las transferencias de masa y de energiacutea del fluido a la superficie soacutelida y en el interior de las partiacuteculas (las partiacuteculas cataliacuteticas suelen ser porosas)
Velocidades Globales o Totales
3
ldquoDisentildeo de reactoresrdquo requiere que se tome en cuenta los procesos de transporte de ldquoMasa y Energiacuteardquo
Velocidades globales y Totales
4
1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)
2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)
3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica
4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)
5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la
superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido
a la corriente de fluido global
PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
5
Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma
1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)
1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)
DIFUSIOacuteN EXTERNA
6
Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos
1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)
DIFUSIOacuteN INTERNA
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
eliacutec
ula
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anca
da
Su
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exte
rior
de la p
art
iacutecula
Su
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icie
inte
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e la p
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icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
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23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
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A
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ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
3
ldquoDisentildeo de reactoresrdquo requiere que se tome en cuenta los procesos de transporte de ldquoMasa y Energiacuteardquo
Velocidades globales y Totales
4
1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)
2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)
3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica
4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)
5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la
superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido
a la corriente de fluido global
PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
5
Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma
1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)
1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)
DIFUSIOacuteN EXTERNA
6
Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos
1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)
DIFUSIOacuteN INTERNA
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
eliacutec
ula
est
anca
da
Su
perf
icie
exte
rior
de la p
art
iacutecula
Su
perf
icie
inte
rna d
e la p
art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
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- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
4
1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)
2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)
3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica
4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)
5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la
superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido
a la corriente de fluido global
PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
5
Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma
1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)
1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)
DIFUSIOacuteN EXTERNA
6
Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos
1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)
DIFUSIOacuteN INTERNA
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
eliacutec
ula
est
anca
da
Su
perf
icie
exte
rior
de la p
art
iacutecula
Su
perf
icie
inte
rna d
e la p
art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
5
Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma
1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)
1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)
DIFUSIOacuteN EXTERNA
6
Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos
1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)
DIFUSIOacuteN INTERNA
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
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Su
perf
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exte
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Su
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r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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A
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1 catgs
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AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
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c
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38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
6
Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos
1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)
DIFUSIOacuteN INTERNA
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
eliacutec
ula
est
anca
da
Su
perf
icie
exte
rior
de la p
art
iacutecula
Su
perf
icie
inte
rna d
e la p
art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
7
Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador
1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)
1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)
ADSORCIOacuteN
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
eliacutec
ula
est
anca
da
Su
perf
icie
exte
rior
de la p
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iacutecula
Su
perf
icie
inte
rna d
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art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
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c
k
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ˆ
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1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
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ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
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ˆ
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38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
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p
K
KK
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cc
c
c
cc
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ˆ
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ˆ
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ˆ
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40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
8
Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa
A(g) B(g)
que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6
Velocidades totales de reaccioacuten
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
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Su
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iacutecula
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icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
9
Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos
1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
Reacciones gas-soacutelido
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
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exte
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de la p
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iacutecula
Su
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art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
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28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
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1 catgs
Ac
AK
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
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A
p
c
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ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
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kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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vp
A
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A
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KK
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ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
10
las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals
Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
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13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
11
las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte
Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
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de la p
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exte
rior
de la p
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iacutecula
Su
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icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
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1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
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ˆˆ
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A
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ˆˆ
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
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paP cc
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ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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vp
A
p
vA
A
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p
K
KK
c
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c
c
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c
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ˆ
ˆ
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ˆ
ˆ
ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
12
Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
1) Difusioacuten externa
2)Difusioacuten interna
3)Adsorcioacuten
4) R
eaccioacute
n
5)Desorcioacuten6) Difusioacuten
Interna7)Difusioacuten
externa
Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos
Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos
Capa limite
partiacuteculaCentro activo
Flujo principal
Su
perf
icie
de la p
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ula
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Su
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iacutecula
Su
perf
icie
inte
rna d
e la p
art
icula
r
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
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29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
13
-------------- ------- ------------- Difusioacuten
externa
1 7
--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten
interna
--------------------------------------- 3 5
Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
A B
4 Superficie
cataliacutetica
A B
Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben
llegar a la superficie y luego alejarse de ella
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
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c
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kK
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1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
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kK
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ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
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ˆ
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38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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eqA
p
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cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
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K
KK
c
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c
c
cc
c
c
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ˆ
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ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
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- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
14
Reaccioacuten Cataliacutetica
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
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29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
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ˆ
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1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
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c
k
kK
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ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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A
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K
KK
c
cc
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cc
c
c
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ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
15
Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible
Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante
(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio
(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del
mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio
La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos
Etapas Quimicas
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
16
El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
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AaA cc
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k
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ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
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kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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vp
A
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ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
17
A + I AI
AI RI
RI R + I
Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
22
23
24
25
26
27
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
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kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Slide 24
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- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
18
El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de
concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador
Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)
Etapas Fisicas
PARTICULA DE UN
CATALIZADOR
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
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- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
19
Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood
2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles
3 Modelo de Eley ndash Rideal
ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA
HETEROGENEA
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
21
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
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cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
20
Modelo de Langmuir- Hinshelwood
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Modelo de Langmuir- Hinshelwood
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
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- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Isoterma de adsorcioacuten
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- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
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Modelo de Langmuir- Hinshelwood
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
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PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
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ˆ
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1 catgs
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AK
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
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ˆ
ˆˆ
ˆˆ
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La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
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p
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
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CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
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A
p
c
c
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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ˆˆˆ
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p
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38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
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cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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A
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A
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c
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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1 catgs
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
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kK
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
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p
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cK
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
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53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
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29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
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kK
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ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
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ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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1 catgs
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
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- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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1 catgs
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
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cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
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p
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
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Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
28
29
2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
vA
A
Ad
AaA cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
1 catgs
Ac
AK
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
c
k
kK
ˆ
ˆˆ
ˆˆ
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
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48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
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- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
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- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
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2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
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PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
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A
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1 catgs
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
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pAS ckck ˆˆˆˆ
A
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La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
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cK
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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vp
A
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A
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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-
30
PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten
supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de
cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y
las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la
etapa controlante y expresarlo en variables medibles
5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes
Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
AdvAAaAa kcck ˆ
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1 catgs
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
AvAAaAa K
cccK
ˆˆ
pAS ckck ˆˆˆˆ
A
p
c
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k
kK
ˆ
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
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vp
A
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cc
c
c
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c
c
cK
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ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
31
CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales
libres X concentracioacuten molar total de sitios
superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que
participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que
forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las
etapas respectivas
NOMENCLATURA
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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1 catgs
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36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
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- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
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- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
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- Cont
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- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
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- Bibliografia
- Glosario
-
32
Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran
ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
33
Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
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La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
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39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
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48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
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Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
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Etapas de equilibrio
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
40
Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
34
Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales
1 Adsorcioacuten de A en un centro
2 Reaccioacuten en superficie
3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro
Planteamiento general para reacciones simples
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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A
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1 catgs
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36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
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- Slide 25
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- Slide 27
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
35
La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como
a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es
5211
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La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
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Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
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- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
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- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
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-
36
La primera ecuacioacuten puede reformularse como
Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es
535 Teniendo en cuenta que la constante de
equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es
536
Etapa Controlante
A
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A
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37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
37
La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como
536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es
538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P
por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es
539
Cont
K
cck pAs ˆ
ˆˆˆ
cckck ppappdpd ˆˆˆˆ
eqvp
p
pd
paP cc
c
k
kK
ˆ
ˆ
38
Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
cK
39
Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
A
eqp
vp
A
p
vA
A
eqA
p
K
KK
c
cc
c
c
cc
c
c
cK
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
ˆ
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
K
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
42
Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
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TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
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Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
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- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
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- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Slide 25
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- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
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- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
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- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
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- Bibliografia
- Glosario
-
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Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310
Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es
5311
Cont
vppppapd ccKck ˆˆˆ
eqA
p
c
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
P
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
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Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
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Eley-Rideal
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Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
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TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
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- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
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- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene
5312
Cont
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
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La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
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Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
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Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
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- Cont
- Cont (2)
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Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten
Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute
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La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
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Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
44
1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
45
Eley-Rideal
46
47
48
Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
41
A + S AS
La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa
Concentracioacuten total de sitios
Adsorcioacuten
Vcccc pA ˆˆˆˆ0
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Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten
43
Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia
- rA = K CAn
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Eley-Rideal
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Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
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TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
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Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
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- Etapas Quimicas
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- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
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Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
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Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
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Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
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Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
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Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
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Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
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Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
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Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
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Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
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Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
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Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
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49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
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Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
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TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
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Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
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Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
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- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
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- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
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Eley-Rideal
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Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
49
Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
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- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Concepto de etapa controlante
Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de
las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales
Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante
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Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
50
Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
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EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
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Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
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Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo
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Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
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EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
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Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
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Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
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Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten
Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor
INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
51
TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
52
Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46
Bibliografia
53
Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
Glosario
- Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
- PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
- DIFUSIOacuteN EXTERNA
- DIFUSIOacuteN INTERNA
- ADSORCIOacuteN
- Velocidades totales de reaccioacuten
- Reacciones gas-soacutelido
- Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
- Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
- Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
- Etapas de equilibrio
- Planteamiento general para reacciones simples
- Slide 35
- Etapa Controlante
- Cont
- Cont (2)
- Cont (3)
- Slide 40
- Adsorcioacuten
- Isoterma de adsorcioacuten
- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
- Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
- Eley-Rideal
- Slide 46
- Slide 47
- Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
- INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
- Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
- Bibliografia
- Glosario
-
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TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS
EJEMPLOS
METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]
Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones
Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)
OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]
Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten
Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)
OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]
Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten
Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)
SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]
Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten
Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)
Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
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Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)
Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis
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Bibliografia
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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- Velocidades Globales o Totales
- Velocidades globales y Totales
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- Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
- Reaccioacuten Cataliacutetica
- Etapas Quimicas
- Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
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- Etapas Fisicas
- ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood
- Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
- Slide 22
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- Slide 28
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
- Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
- NOMENCLATURA
- ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
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- Planteamiento general para reacciones simples
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- Cont
- Cont (2)
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- Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
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Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones
Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de
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Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase
fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad
Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase
Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie
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Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase
Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para
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