REACCIO ES

La ingeniería de las reacciones
, . quimicas
Los procesos químico-industriales se diseñan para obtener de manera económica un
producto a partir de diversos materiales no elaborados que se someten a las diferentes
etapas de tratamiento, como se ilustra en la figura l . l. Las materias primas pasan
por una serie de tratamientos fisicos a fln de prepararlas para que puedan reaccionar
químicamente,y .luego pasan al re.actor. Los productos de la reacción deben someterse
entonces a nuevos tratamientos fisicos (separaciones, purificaciones, etcétera) basta
obtener el producto final deseado.
El diseño del equipo para las etapas de tratamiento fisico se estudia al tratar las
operaciones unitarias. En este libro el interés se centra en la etapa de tratamiento químico
de un proceso. Desde el puntode vista económico, es posible que esta etapa carezca
de imponancia, ya que podría consistir tan sólo en un tanque de mezcla. Sin
embargo, a menudo la etapa de tratamiento químico es la pane medular del proceso
y la que hace o impide que el proceso resulte económico.
El diseno de reactores no es una tarea rutinaria, ya que para el mismo proceso es
posible proponer varias soluciones. En labúsqueda del diseño óptimo no es sólo el
costo del reactor lo que debe reducirse al IllÍ1liiÍlo. Es probable que en un diseño particular
el costo del reactor resulte bajo, pero los materiales que saleo de la unidad podrían
hacerlo en un estado tal que su tratamiento resulte mucho más costoso que en
otros diseños. De esta manera. es necesario considerar los aspectos económicos del
proceso en su totalidad.En el diseño de reactores se utiliza la información, el conocimiento y la experiencia
de varios campos: termodinámica, cinética q1úmica, mecánica de 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 fin de averiguar lo que es capaz de hacer unreactor, se necesita conocer de éste
la cinética, el modelo de contacto y la ecuación de diseño, lo que se representa en
la figura 1.2.
Materias Etapas de --Etapas de Etapas de primas tratamiento tratamiento 􁢉 tratamiento Productos i isico -- quimico íisico
t Recirculación 1
Fig11ra 1.1. Esquema de un proceso químico típico
1
2 Capímlo L L.a ingeniería de las ntacciones químicas
Ecuación de diseñorelac1ona entradas con salidas
/ 􀗁 Entradas 􀄇􀗀 Salidas
l t
,..---------¡ 1
Modelo de contacto o cómo fluyen los
materiales y cómo entran en contacto
dentro del reactor. qué tan pronto o
qué tan larde se mezclan,
su grado de aglutmacrón o estado
de agregación.
Por su propia naturaleza, algunos
mateñales henen un alto grado de
aglutinación; por ejemplo, sólidos
y gotas de un liquido no coalescente.Cinética o qué tan rápido ocurren las cosas.
Si es muy ráprdo, entonces el equ11ibno
indica lo que saldrá del reactor. Si no es
muy rápido, entonces la rapidez de la
reacc1ón quim1ca, o qu1zA también
la transferencia de calor y masa,
deiCITllinará lo que sucederá.
Figu rn 1.1. lnfonnación necesaria para poder predecir lo que puede hncer un reac10r
La mayor parte de este 1 ibro se centra endetenni11ar la expresión que relacione las entradas
con las salidas para varias cinéticas y diversos modelos de contacto. es decir
Salida= [[entrada. cinética. modelo de contacto] (1)
Esto es lo que se conoce como l a ecuación de dise1io. ¿Por qué es importante? Porque
con esta expresión es posible comparar diferentes diseños y condiciones. determinar
cuál es el mejor proyecto y luego escalar a unidadesde mayor dimensión.
Clasificación de las reacciones
Existen muchas maneras de clasificar las reacciones quimicas. En la ingeniería de las
reacciones qllimicas. probablemente el método más útil sea dividirlas según el número
y tipo de fases implicadas, de donde resultan dos grandes grupos: sisTemas homogéneos
y sisTemas heterogéneos. Una reacción es homogénea si se realiza en una sola fase....