Reactores químicos

[pic 1][pic 2]Tecnológico Nacional de México

Instituto Tecnológico de Pachuca

Introducción

Un reactor químico es un dispositivo que cambia su composición debido a una reacción química. Por tanto, es cualquier recipiente donde se produzca una reacción química. El problema de la ingeniería de reactores es hacer el diseño más adecuado, y el método utilizado no tiene nada que ver con el tamaño y la implementación.

El diseño y la cinética química de los reactores químicos son la base de casi toda la producción química industrial. El conocimiento de la cinética química y el diseño de reactores son la base que diferencia al campo de la ingeniería.

Durante la reacción de la mezcla, habrá dos tipos de fases en el reactor, homogéneas y heterogéneas, y cada fase debe ser específica para datos específicos (producto, temperatura, presión, velocidad de reacción, etc.).

Durante la reacción en un reactor químico, es importante considerar el elemento de volumen (la característica del sistema), el tiempo de resistencia (el tiempo que el elemento permanece en el recipiente) y el tiempo especial (el volumen de alimentación es igual al volumen del reactor).

Por lo tanto, ya sea en la clasificación de la reacción, se debe considerar la clasificación de los reactores químicos, pero estas clasificaciones se basan en la capacidad de producción (mayor o menor), costo de inversión (alto o bajo), costo de operación, especificaciones del producto, modo de operación, Mezcla completa. (CSTR), reactor de flujo pistón (PFR).

! Efecto térmico durante la reacción (calor de reacción).

! Grado de extensión de la reacción (equilibrio químico).

Desarrollo

Los procesos químicos se proyectan para obtener económicamente un producto, convierten especies químicas baratas en otras especies químicas valiosas, y los ingenieros químicos son aquellos entrenados técnicamente para entenderlos y manejarlos. Los costos de operación de un reactor pueden ser de 10 al 25% del total; el desempeño del reactor químico controla totalmente los costos y modos de operación de las costosas unidades de separación, y por consiguiente de la economía global de muchos procesos.  

Etapa de rección en el proceso Químico

Reactor químico: Unidad de proceso diseñada para llevar a cabo una o varias reacciones química o procesos en los que unos “reactivos” se convierten en unos “productos”. Cambios energéticos que se producen en las reacciones químicas (Termodinámica Química):

! Efecto térmico durante la reacción (calor de reacción).

! Grado de extensión de la reacción (equilibrio químico).

Efecto térmico durante la reacción (calor de reacción).

! Grado de extensión de la reacción (equilibrio químico)

Efecto térmico durante la reacción (calor de reacción).

! Grado de extensión de la reacción (equilibrio químico)

Efecto térmico durante la reacción (calor de reacción).

! Grado de extensión de la reacción (equilibrio químico)

Efecto térmico durante la reacción (calor de reacción)

Grado de extensión de la reacción (equilibrio químico)

Reacción en un tiempo aceptable y con un rendimiento adecuado (Cinética Química):

Velocidad de reacción.

Variables que influyen sobre la velocidad de reacción.

Si interviene más de una fase (la velocidad global puede ser la velocidad de transporte):

Etapas físicas de transporte en las fases.

Estepas físicas de transporte entre las fases.

Medio de reacción

! Etapas físicas de transporte en las fases.

! Etapas físicas de transporte entre las fases.

Según el número y tipos de fases implicadas, las reacciones se consideran como:

• Reacciones homogéneas:  Transcurren solamente en una fase (normalmente entre gases o entre líquidos miscibles entre sí).
• Reacciones heterogéneas: Requieren, al menos, la presencia de más de una fase para transcurrir del modo en que lo hacen (normalmente, bifásicas, fluido-fluido o fluido-sólido).

En ambos tipos puede influir la presencia de catalizadores.

Entonces de acuerdo a lo anterior podemos encontrar reactores que operen con reacciones heterogéneas u homogéneas. Dentro de los reactores heterogéneos los reactores catalíticos, que operan con la presencia de catalizador, y los reactores no catalíticos.

Al existir las de una fase se deben tomar en cuenta los fenómenos de transferencia de masa y energía. [pic 3]

[pic 4][pic 5]

Figura 1 clasificación de los reactores según la reacción

Ecuación cinética

Ecuación cinética: Expresión de la velocidad de la reacción que contempla la influencia de los factores que influyen sobre ella.

Velocidad de reacción: Cantidad (moles) de reactivo o producto transformado por unidad de volumen y unidad de tiempo: [pic 6]

La velocidad de reacción depende (comprobado experimentalmente) de:

1. Composición

El modelo más sencillo y útil de expresar la dependencia de la velocidad con la concentración es: [pic 7]

Exponentes: Órdenes de reacción (individuales o global).

! Parámetro:  Coeficiente  cinético  o  velocidad  específica  de  reacción

• Exponentes: Órdenes de reacción (individuales o global)
• Parámetro: coeficiente cintico o velocidad especifica de reacción (incluye la dependencia con la temperatura)

1. Temperatura

Se ha encontrado experimentalmente una dependencia del coeficiente cinético con la temperatura del tipo (Arrhenius, 1885):

[pic 8]

1. Otros factores del medio (reacciones heterogéneas)

En las reacciones heterogéneas se producen fenómenos de transferencia de materia y transmisión de calor simultáneos a la propia reacción y que pueden controlar la velocidad global.

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