reactores. unidad i

7/18/2019 Reactores. UNIDAD I

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UNIDAD 1.FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE

REACTORES QUÍMICOS.





La cinética química cinética química y el diseño de reactores diseño de reactores en el corazónde casi todos los procesos industriales.

De la selección del sistema reactivo depende laoperación segura y económica del proceso.

El diseño de reactores esta presenta en sistemasindustriales, ambientales y biológicos.




REACTORES QUÍMICOS.1.1 Velocidad de reacción (-rA).La velocidad de reacción es la rapidez con que se consume una cierta cantidad demoles de una especie química para formar otra especie química.

En una reacción química, un número detectable de moléculas de una especia se

transforma en una nueva especie química, la masa total no es crea ni es destruye.

Las especies individuales que intervienen en una reacción en particular se conocen comoreactivos (si desaparecen) o productos ( si de forman ) con una velocidad dada.

La velocidad de desaparición de una especie (A), es el numero de moléculas A que pierdensu identidad química (reaccionan) por unidad de tiempo por unidad de volumen debido a laruptura y subsecuente formación de enlaces químicos durante el curso de la reacción.

Los tipos de reacciones químicas que se pueden encontrar, en general, se clasif ican como:descomposición (los reactivos se rompen moléculas más pequeñas, átomos o fragmentosde átomos), combinación entre dos o más moléculas o isomerización (implica un cambio ensu conf iguración).




REACTORES QUÍMICOS.Reacción de descomposición.

umeno !!" #enceno $ %ropileno

A→ B + C

Reacción de composición. A + B→C

%ropileno $ &idrógeno ' %ropano

Reacción de %olimerización A → ( A)n




REACTORES QUÍMICOS.omo se e(presa la velocidad de reacción )

*ricloro!acetaldeido loro#enceno Dicloro Difenil Tricloroetano +DD*

A + 2B→C + D−r A = 4

mol

lt∗ seg La velocidad de reacción, r, es el

número de moles que reaccionan por

unidad de tempo y unidad de

volumen. Se mide en (mol·s-1·l-1)




REACTORES QUÍMICOS.-omenclatura i signos para deinir la velocidad de reacción.

A + 2B→C + D

r i/e deine como la velocidad de reacción+ desaparición ó también de ormación delproducto i

/i ri 0 1, es un reactivo,es decir, se consume.

/i ri " 1, es un producto,es decir, se orma.




REACTORES QUÍMICOS.Símbolos y signos para def inir la velocidad de reacción, r.

r’ describe la velocidad de reacción de ormación de reacciones

!eero"#neas.Las reacciones !eero"#neas presenen varias ases (sólido-l$quido,

l$quido-"as, "as-sólido, "as-l$quido-sólido).

%imensiones de r’ : número de moles de & que reaccionan por unidad

de empo por unidad de masa de catalizador (mols's · " de

caaliador)




REACTORES QUÍMICOS.Lo que debe saber.....2222

La ecuación de velocidad para ri es una ecuación al"ebraica que

es función de les propiedades de los materiales que reaccionany las condiciones de reacción ( *, +, , caaliador). La ecuación

de velocidad pera ri es independiente del tipo de reactor donde

se lleva a ermino la reacción.

Las propiedades y les condiciones de reacción de las especies quereaccionan pueden variar con la posición en un reacor qu$mico,

por lo ano, ri puede ser una función de la posición variane en

un puno o en oro del sisema.





La ley de velocidad de una reacción qu$mica es una ecuación algebráica i depende de la

concentración

- el ermino de emperaura si"ue la ley de &rr!enius.

- el ermino de concenraciones es propio de cada reacción.

La dependencia de la concenración de la ley de velocidad se !a de determinar por

observación experimental.

*emplos de leyes de velocidad por convenio -r& corresponden a la velocidad de

desaparición de & de la reacción

Lo que debe saber.....2222

−r A=k (T ) f (C A ,C B , ...)

k (T )=k 0exp

(− E

a

RT )

−r A=kC A

−r A=kC A2

−r A= k 1C A

1+k 2C A

A→ productos




REACTORES QUÍMICOS.1.2 Balances molares.

%ara 3acer un balance de materia +b.m., se deben deinir las ronterasdel sistema, los que se llama, volumen de control.

&aciendo un b.m. %ara una especie química i 4

5i1

5i

6i

7elocidadde acumulación de i

en el sistema.+mol8tiempo

7elocidad de5ormación de ipor reacciónquímica del

sistema.+mol8tiempo

5lu9o neto dei que entraal sistema.+mol8tiempo

:5lu9o neto dei que sale delsistema.+mol8tiempo

$ !





dN i

dt

= F i0+G i− F i-

ison el n;mero de

moles en el volumen decontrol en el tiempo t.

Si las propiedades del sistema son uniformes: T, P, C j, ..., uniformes en todoel volumen de control

G i

[ gmol

s

]=r i

[ gmol

s∗ L ]V [ L]

Si ri varia con la posición dentro del sistema (hay pequeñas variaciones en el

volumen pero podemos considerar que r i uniforme)





G i=∑k =1

ΔG k =∑k =1

r ik ΔV k

*omando los limites adecuados y apelando a ladeinición de integral, la ecuación tomar< la orma4

→∞ΔV →0

G i=∫V

r i dV





El balance general de materia con reacción química queda:

F io − F i + ∫V

r idV = dN i

dt

Este es el balance general de masa, con la cual sedesarrollan las ecuaciones de diseño, para varios tipos dereactores industriales.




REACTORES QUÍMICOS.1.3 Teoría de Colisiones

Es una teoría propuesta por Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918,que explica cualitativamente cómo ocurren las reacciones químicas yporqué las velocidades de reacción dif ieren para diferentes reacciones.

Para que una reacción ocurra las partículas reaccionantes debencolisionar.

Solo una cierta fracción de las colisiones totales causan un cambioquímico; estas son llamadas colisiones exitosas.

Las colisiones exitosas tienen energía suf iciente (energía de activación)al momento del impacto para romper los enlaces existentes y formarnuevos enlaces, resultando en los productos de la reacción.

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Max_Trautz&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=William_Lewis&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/1916


http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_reacci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_activaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_activaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_reacci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica



http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=William_Lewis&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Max_Trautz&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa




REACTORES QUÍMICOS.1.4 Efectos de la temperatura sobre al velocidad de reacción.

La velocidad de casi todas las reacciones químicasaumenta, en general, con la temperatura +se duplica o

triplica por cada =1 > de aumento.

?na de las ecuaciones m<s utilizadas para representar lavariación de la constante de velocidad con la temperatura

es la ecuación empírica de @rr3enius4

k (T )=k 0 exp(− E a RT )




REACTORES QUÍMICOS.1.4 Efectos de la temperatura sobre al velocidad de reacción.

La energía de activación +Ea se deina como la energía

mínima que deben tener las moléculas antes que lareacción ocurra.

A el actor e(p+!Ea8R*, es el actor que da la racción demoléculas con c3oques e(itosos.

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