Reacciones quimicas

CAPITULO 7 – REACCIONES QUÍMICAS MÚLTIPLES. CONCEPTOS DE
SELECTIVIDAD Y RENDIMIENTO

7.1 INTRODUCCIÓN

•

Cuando llevamos a cabo transformaciones químicas, suelen ocurrir más de una
reacción química en simultáneo. Cuando esto ocurre, se dice que tienen lugar
reacciones múltiples.

•

Comúnmente sólo una de las reacciones que tienen lugar es la deseada, por lo tanto
el desafío delproceso reside en lograr que los reactivos sólo se transformen en el
producto deseado.

7.2 TIPOS DE REACCIONES

Reacciones en serie:
k1
k2
A  → B  → C



Reacciones en paralelo:
k1
A  → B

k2
A  → C


Reacciones serie- paralelo:
k1
A  → B + C

k2
A + C  → D


Reacciones independientes:
k1
A  → C

k2
B  → D


En general, cuando tenemosreacciones múltiples, tenemos productos deseados (D)
y no deseados (U):

A  → D

k1

Producto
Deseado

k2
A  → U


En estos casos, se desea maximizar la formación del producto D y a la vez minimizar
la generación de U.

Capítulo 7 – Reacciones químicas múltiples. Conceptos de selectividad y rendimiento

7.1

Cuando ocurren reacciones múltiples, los costos de separaciónpueden ser muy
importantes y deben ser tenidos en cuenta.
7.3 Conceptos de Selectividad y Rendimiento
En los libros de textos se utilizan diferentes definiciones para las dos nuevas variables:
selectividad y rendimiento. En este apunte utilizaremos una definición que corresponde a la
presentada en el libro de Westerterp, y se explicará por qué existe tanta confusión en este
tema en laliteratura.
Consideremos las siguientes reacciones genéricas:
k
ν A1 A  →ν D D

D

(7. 1)

k
ν A2 A  →ν U U

U

Selectividad Global:
La selectividad global hacia el producto deseado D para un reactor continuo, se define
como sigue

SD =

(F
(F

0
D
0
A

)
)

− FD / ν D
− FA / ν A1

(7. 2)

Físicamente, la selectividad global representa cuánto se produjo del productodeseado
D con respecto a todo lo que reaccionó del reactivo A. Los coeficientes estequiométricos
deben ser agregados a la definición para que la variable este acotada entre 0 y 1. Si el
reactivo A participa de dos reacciones, como ocurre en el ejemplo, debe figurar el
coeficiente estequiométrico de la reacción involucrada en la producción de D.
La selectividad global para un reactordiscontinuo es análoga a la ecuación (7.2),
sólo que los flujos deben ser reemplazados por moles. Esta misma observación vale para
las definiciones que siguen.

Selectividad Instantánea:
La selectividad instantánea hacia el producto deseado D, se define como sigue
´
SD =

rD / ν D
r A / ν A1

(7. 3)

Nuevamente, el denominador se divide por el coeficiente estequiométrico de la reaccióninvolucrada en la producción de D.
Consideremos que las reacciones (7.1) son elementales, por lo tanto:

Capítulo 7 – Reacciones químicas múltiples. Conceptos de selectividad y rendimiento

7.2

r1 = k DC A

(7. 4)

r2 = k U C A

Las expresiones (7.4) corresponden a las velocidades de reacción (7.1), por lo tanto las
velocidades de reacción por componente pueden ser expresadas como:rD = ν D k DC A
r A1 = ν A1k DC A
r A 2 = ν A 2 kU C A

(7. 5)

r A = r A1 + r A2
Reemplazando las expresiones (7.5) en la (7.3) resulta:
´
SD =

ν D k DC A / ν D
(ν A1k DC A + ν A2 kUC A ) / ν A1

(7. 6)

Cuando la reacción al producto no deseado es nula (estamos ante un caso de reacción
única) resulta que kU=0, por lo tanto la expresión (7.6) se reduce a:
´
SD = 1

(7. 7)El valor 1 indica que el proceso es totalmente selectivo hacia el producto deseado, por el
contrario si kD=0, la selectividad instantánea sería 0, indicando que no se produce el
producto deseado.
Relación de selectividades
Las velocidades de ambos productos pueden ser relacionadas por la variable
denominada relación de selectividades, que se define a continuación:
´
SDU =

rD / ν D
rU...