Mecanismos De Reacción En El Desño De Reactores

INFORME E MECANISM M MOS DE REACCIÓN R N CURSO ANÁLISIS DE REAC A CTORES QUÍMICOS Q S

Elab borado por Fech ha Revi isado por Prog grama de e estudios

an o : Cristhia Castillo M. : 30 de s septiembre de 2011. e : Jorge S Santana. : Magist en Cien ter ncias de la Ingeniería Mención a Ingenie Química. ería

Intro oducción Com cualquie otra teoría, la de llos mecanismos está sujeta amodificaciones mo er á con el correr de los años, a me edida que se obtienen nuevo datos o se e os establecen con nceptos referentes a las interre eacciones químicas. q Son pocos los sistemas para los cu uales se co onocen me ecanismos confiables No s s. obst tante, exis sten teorí ías postu ladas par los mecanismos de mu ra s uchas reac cciones, qu van de ue esde los d dos sistemas homog géneos en fasegas seosa hast las reac ta cciones co omplicadas de polim s merización en las q que intervienen etap de iniciación, propagación y terminación. pas

1 Mecanismos de reacción 1. r

mecanismo de una reacción e la secu o es uencia de etapas q ue describ la be El m form mación de los product finales a partir de los reactantes orig inales. Cuando tos e se c conoce el mecanism casi siiempre es posibleevaluar un a ecuació de mo, e ón cidad y, po tanto, el orden de la reacción veloc or n. Las etapas ind dividuales que const tituyen el mecanismo de reacc cción recibe el en nom mbre de rea acciones el lementales s. Dond el term de mino molecularidad se usa en la cinética para desig e a gnar el número de m moléculas involucrada en una reacción elemental. as e Una vez acep ptado el concepto d quecasi todas la reaccio de as ones reale se es verif fican por m medio de una secuen u ncia de eta apas elementales, ¿c cómo se podrá p desa arrollar un ecuació de ve locidad a partir de esta se cuencia? Este na ón e prob blema cons siste de dos partes : 1) ¿Cóm se sele d mo ecciona la secuencia de a etap elemen pas ntales, esto es, cómo se selecc o o ciona el mecanismo? 2) ¿Cóm se m ? mo desaarrolla una ecuación de veloc a n cidad para la reacció total a partir de este ón mec canismo?

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2. Etapa determinante y Aproximación del estado estacionario

Ambos métodos fueron vistos con anterioridad y conducen a la misma expresión para la velocidad total, por lo que no nos interiorizaremos más en el tema.

3. Efecto de la Temperatura y la Ecuación de Arrhenius

Los métodos anterioreshan considerado la influencia de la concentración sobre la velocidad. La constante específica de velocidad k incluye los efectos de todas las demás variables. La más importante de ellas es la temperatura, pero existen otras que también son relevantes. Por ejemplo, una reacción puede ser primordialmente homogénea pero puede tener efectos de pared o superficiales apreciables. En tales casos, k puedevariar con la naturaleza y extensión de la superficie. Cuando se conoce el efecto de la concentración del catalizador, es preferible incluir dicha concentración en la Ec. (1), de tal manera que k sea independiente de todas las concentraciones. dC β (1) rA = − A = kC α CB A dt Donde

α es el orden de la reacción con respecto a A, y β es el orden con respecto
a B. La constante de proporcionalidadk, llamada constante de la velocidad de reacción, es independiente de las concentraciones. La relación entre k y la temperatura para un proceso elemental obedece a la ecuación de Arrhenius Ecs. 2. (2) k = Ae Donde A es el factor de frecuencia (o preexponencial) y Ea es la energía de activación. Combinando las Ecs. (1) y (2) se obtiene la Ecs. (3):
E dCa − a α β = Ae RT C A CB dt Esto proporcionauna descripción de la velocidad en términos de variables que se pueden medir, es decir, la concentración y la temperatura. En un sentido estricto, está limitada a un proceso elemental, pues la ecuación de Arrhenius impone esta restricción. Sin embargo, el efecto exponencial de la temperatura suele representar con bastante precisión los datos de velocidad experimentales para una reacción total,...