DISEÑO DE REACTORES

INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICASTercera edición, Levenspiel

Capitulo 1

Prof. LUNA HERNANDEZ MANUEL JESUS

UniversidadNacional Mayor de San MarcosFacultad de Química e Ingeniería QuímicaLima - Perú

Integrantes:• Arone Soto, Jimmy Richard• Villanueva Huapaya, Hugo• Vichez …, Diego

LA INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

Los procesos químicos industriales se diseñan para obtener de manera económica un producto a partir de diversos materiales no elaborados que se someten a diferentes etapas de tratamientos. En el diseño de reactores se utiliza la información el conocimiento y la experiencia de varios campos: termodinámica, cinética química, mecánica de fluidos, transferencia de calor, transferencia de masa y economía.La ingeniera de las reacciones químicas es la síntesis de todos estos factores con el propósito de diseñar el mejor reactor químico.

CLASIFICACION DE LAS REACCIONES

Variables que afectan la velocidad de reacciónHay muchas variables que afectan la velocidad de una reacción química en el caso de los sistemas homogéneos la temperatura, la presión y la composición son las variables mas evidentes. En los sistemas heterogéneos hay mas de una fase, por lo que el problema se complica.

DEFINICION DE LA VELOCIDAD DE REACCIONPara ello es menester adoptar una serie de definiciones de velocidad de reacción, magnitudes todas ellas interrelacionadas y de naturaleza intensiva en vez de extensiva.

Con base en la unidad de masa del solido en los sistemas solido-fluido.

Con base en la unidad de superficie, de interface en los sistemas de dos fluidos o basándose en la unidad de superficie del solido en los sistemas gas-solido.

Con base en la unidad de volumen del solido en los sistemas gas solido

Con base en la unidad de volumen del reactor , si es diferente de la velocidad basada en la unidad de volumen del fluido.

En los sistemas homogéneos, el volumen del fluido del reactor por lo que en estos casos V y Vr, son idénticos y las ecuaciones 2 y 6 pueden usarse indistintamente. A partir de las ecuaciones 2 y 6 estas definiciones intensivas de la velocidad de reacción se relacionan por :

o

VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUIMICAS

Algunas reacciones ocurren muy rápidamente, otras muy lentamenteEn la figura 1.3 se muestran las velocidades relativas a las que ocurren las reacciones

PLAN GENERAL DE LA OBRA

Los reactores son muchos colores, formas y tamaños y se usan para todo tipo de reacciones, como ejemplo puede mencionarse los gigantescos reactores de craqueo para la refinación de petróleo, hornos para la fabricación de hierro, tanques de lodos activados para el tratamiento de aguas residualesEstas reacciones son tan diferentes en cuanto a velocidad y tipo que seria difícil intentar estudiarlas todas de una sola forma. Por eso se les trata por tipos , ya que cada tipo de reacción requiere el desarrollo de un conjunto adecuado de ecuaciones de diseño.

EJEMPLO 1.1 EL MOTOR DE UN COHETEEl motor de un cohete de la figura quema una mezcla estequiometria de combustible (oxigeno liquido). La cámara de combustión es cilíndrica 75 cm de largo por 60 cm de diámetro y el proceso de combustión produce 108 kg/s de gases de escape. Si la combustión es completa calcular la velocidad de reacción entre el oxigeno y el hidrogeno.

Combustión completa

SOLUCION : se requiere evaluar

Ahora se evalúan los términos. En este caso el volumen del reactor y el volumen donde la reacción se efectúa son iguales. Así,

Enseguida observar la reacción que esta ocurriendo

Por lo tanto :

Se tiene que :

Y la velocidad de reacción es

Ejemplo 1.2 UNA PERSONA VIVA Un ser humano (75kg) consume alrededor de 6000kJ de comida a día, suponer que todo el alimento es glucosa y que la reacción global es

Calcular la velocidad del metabolismo de la persona en términos de moles de oxigeno consumidos por metros cúbicos de la persona por segundo.Solución :Se requiere encontrar

……….(i)Se evalúan los dos términos de esta ecuación, primero por conocimientos que ya se tienen, se estima que la densidad de un ser humano es

Por la tanto para la persona del ejemplo:

A continuación y tomando en cuenta que por cada mol de glucosa que se consume se utiliza 6 moles de oxigeno y se desprenden 2816kJ de energía se observa que se necesitan

Sustituyendo en la ecuación (i)