Cinetica Quimica

Ingeniería de procesos y reacciones

químicas

La cinética química se aboca al estudio de los procesos

industriales con reacción química. Tales procesos se llevan a

cabo en reactores químicos.

Mediante un proceso químico industrial se obtienen productos

económicamente rentables. Diagrama de bloques del proceso:

Etapa de

tratamientos

físicos

Etapa (s) de

reacción Química

(REACTOR)

+ subproductos, residuos, calor, etc.

Etapa de

tratamientos

físicos

Productos

Materias

Primas

Energía

Introducción

..La cinética química se

aboca al estudio de los

procesos industriales con

reacción química.

..Tales procesos se llevan a

cabo en equipos

denominados reactores

químicos, del tipo como

el que se muestra en la

figura siguiente.

Reactor químico

Introducción

..La cinética química se

aboca al estudio de los

procesos industriales con

reacción química.

..Tales procesos se llevan a

cabo en equipos

denominados reactores

químicos, del tipo como

el que se muestra en la

figura siguiente.

Reactor químico

Introducción

•

Los reactores químicos pueden operar de manera

discontinua (batch), semicontinua (semibatch) o continua

(reactores de flujo).

•

Las reacciones que se llevan a cabo en un reactor químico

pueden verificarse en:

•

Sólo una fase gaseosa o líquida, denominándose reacciones

homogéneas.

neutralización

Tal

ácidoes

-base:

el caso de una reacción de

HCl( aq ) NaOH+

( aq ) NaCl.

+

H O

2

•

En más de una fase, denominándose reacciones

heterogéneas. Tal es el caso de la reacción de combustión de

un material carbonoso:

C( s ) +O (g) .CO (g)

22

Reactor Discontinuo Agitado (Batch)

..Opera en estado no estacionario, no hay ingreso ni salida

de materiales durante la reacción

..Consta de dispositivos de agitación

..Fácil de operar, controlar y mantener

Reactor Discontinuo Agitado (Batch)

..Opera en estado no estacionario, no hay ingreso ni salida

de materiales durante la reacción

..Consta de dispositivos de agitación

..Fácil de operar, controlar y mantener

Introducción

..La siguiente tabla establece una clasificación según el tipo de reacciones.

Reducción de óxido de hierro.

Oxidación de SO2 a SO3.

Absorción gas -líquido con reacción.

Cracking de petróleo. Ataque de sólidos por ácidos.

Producción de HNO3 mediante

oxidación del amoniaco. Tostación de minerales.

Síntesis de amoniaco. Combustión de carbón.

Catalizadas No catalizadas

Reacciones

heterogéneas

reacciones enzimáticas.

Reacciones en sistemas

coloidales. Reacciones rápidas (por ejemplo

combustión de metano).

La mayoría de las reacciones en

fase líquida

La mayoría de las reacciones en fase gas.

Catalizadas No catalizadas

Reacciones

homogéneas

Teoría del estado de transición

..Establece que los reactantes se combinan para formar productos

intermedios altamente inestables denominados complejos activados,

los cuales se descomponen espontáneamente generando los productos.

..Un esquema básico de esta teoría es la figura adjunta.

Teoría del estado de transición

..Establece que los reactantes se combinan para formar productos

intermedios altamente inestables denominados complejos activados,

los cuales se descomponen espontáneamente generando los productos.

..Un esquema básico de esta teoría es la figura adjunta.

Tipos de reacciones químicas

..Combinación (A+B .C)

..Descomposición (C .A+B)

..Desplazamiento simple (A+BC .AC +B)

..Desplazamiento doble (AB+CD.AD +CB)

..Combustión (C + O2 .CO2 + Calor)

..Redox (Oxidación / Reducción)

Ejemplos de reacciones químicas

•

Reacción de Combinación:

•

Reacción de Descomposición:

•

Reacción de desplazamiento simple

•

Reacción de desplazamiento doble:

•

Reacción de combustión:

•

Reacción Redox:

•

Donde

•

s = sólido ,

•

g = gas

•

l = líquido

•

aq = acuoso

2Na(s) + Cl2(g) .

2NaCl(s)

2H2O(l) .

2H2(g) + O2(g)

Zn(s) + CuSO4(aq) .

ZnSO4(aq) + Cu(s)

KCl(aq) + AgNO3(aq) .

KNO3(aq) + AgCl(s)

C3H8(g) + 5O2(g) .

3CO2 + 4H2O(l)

2Mg(s) + O2(g) .

2MgO(s)

Velocidad de reacción

..Se define mediante la siguiente expresión.

..Y dependiendo de en que fase ocurra, se verán variaciones

de volumen.

..Si ocurre en fase líquida ..se tienen variaciones

despreciables de volumen, por lo tanto, la reacción será avolumen o densidad constante.

..Si ocurre en fase gaseosa con variación del número de moles

..se tiene un sistema de volumen variable.

i

i

dN1 moles de i reaccionados o producidos r = *

V d (volumen de fluido) ( tiempo) ...

..·..

Velocidad de reacción

..También se puede expresar en función de la

concentración y de la presión parcial mediante las

siguientes expresiones.

yi i

i

d(N / V) dC r = =

d d...ddP

RT

=r i

i

1

Velocidad de reacción

..También se puede expresar en función de la

concentración y de la presión parcial mediante las

siguientes expresiones.

yi i

i

d(N / V) dC r = =

d d...ddP

RT

=r i

i

1

Ecuación de Arrhenius

..Tiene la siguiente forma.

Donde k0 : factor de frecuencia, dimensionalmente

análogo a la constante de velocidad k.

E : energía de activación de la reacción (cal/mol)

R : constante universal

...