Lenspil

Capítulo 1

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.4

Los procesosquímico-industriales se diseñanpara obtener de maneraeconómicaun producto a partir de diversosmateriales no elaboradosque se sometena las diferentes etapasde tratamiento, como se ilustra en la figura 1.1.Las materiasprimas pasan por una serie de tratamientos fisicos a fin de preparadaspara que puedanreaccionar químicamente,y luego pasanal reactor.Losproductosde la reaccióndebensometerse entoncesa nuevostratamientos fisicos (separaciones, purificaciones, etcétera)hasta obtenerel producto final deseado. El diseño del equipo para las etapasde tratamiento fisíco se estudia al tratar las operaciones unitarias. En este libro el interés se centra en la etapa de tratamiento químico de un proceso.Desdeel punto de vista económico, es posible que estaetapacarezca de importancia, ya que podría consistir tan sólo en un tanque de mezcla. Sin embargo,a menudo la etapa de tratamiento químico es la parte medular del proceso y la que hace o impide que el proceso resulte económico. El diseño de reactoresno es una tarea rutinaria, ya que para el mismo proceso es posible proponer varias soluciones. En la bÚsqueda diseño óptímo no es sólo el del costo delreactor lo que debereducirse al mínimo. Es probable que en un diseñoparticular el costo del reactor resulte bajo, pero los materialesque salende la unidad podrían hacerla en un estadotal que su tratamiento resulte mucho más costoso que en otros diseños.De esta manera, es necesarioconsiderar los aspectoseconómicos del procesoen su totalidad. En el diseñode reactoresse utiliza la información, elconocimiento y la experiencia de varios campos:termodinámica, cinética química, mecánicade fluidos, transferencia de calor, transferencia de.masa, y economía. La ingeniería de las reacciones químicas es la síntesis de todos estos factores con el propósito de diseñar el mejor reactor químico. A fín de averiguar lo que es capaz de hacer un reactor, se necesitaconocer d~ éste la cinética, el modelo decontacto y la ecuación de diseño, lo que se representaen la figura 1.2.

Materias )
primas ,
.

Etapas de
tratamiento

Etapas de
tratamiento Productos

.

)

químico I

físico

Recírculación

Figura 1.1. Esquemade un proceso químico lípíco

1

~

2

CapíTUlol. La ingeniería de las reacÓonesquímicas
Ecuacíón diseño de
relaciona entradas. con salidas

Entradas

~Salidas

Modelodecontacto cómo fluyen los o materiales y cómo entranen contacto dentro del reactor, qué tan pronto o qué tan tarde se mezclan, su gradode aglutinación estado o de agregación. Por su propia naturaleza,algunos materiales tienen un alto grado de . aglutinación; por ejemplo, sólidos y gotas de un líquido no coalescente.

I

t

.~ o qué tan rápido ocurren las cosas. Cinética
Sies muy rápido, entonces el equilibrio indica lo que saldrádel reactor. no es Si muy rápido, entonces la rapidez de la reacción química, o quizá también la transferencia de calor y masa, determinará lo que sucederá.

Figura J .2. Información necesanapara poder predecir )0 que puede hacer un reactor

La mayor parte de estelibro se centraen determinar hi expresiónque relacione las entJCldas lassalidaspara varias cinéticas y diversosmodelos de contacto,es decir con Salída = ¡[entrada,cinética, modelodecontacto]

(1)

Esto es lo que se conoce como la ecuación de diseÍio. ¿Por qué es importante? Porque con esta expresión es posible comparar diferentes diseñosy condíciones.determinar cuál es el mejor proyecto y luego escalar a unidadesde mayor dÍmensíón.

Va Clasificación de lasreacciones
Existen muchasmanerasde clasificar las reaccionesquímicas.En la ingenieríade las reaccionesquímicas,probablemente método más útil seadivididas segúnel número el y tipo de fasesimplicadas,de donderesultandos grandesgrupos:sistemas homogéneos y sistemasheterogéneos. reacciónes homogénea se reaJiza una sola fase,he1Jna sí en terogénea, para que se efectúe-8 la velocidad a la que lo hace-,...