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NOTAS DEL CURSO DE

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE REACTORES
Dr.Ing. I. López Dr.Ing. L. Borzacconi

2009 Facultad de Ingeniería

1. INTRODUCCIÓN

Una de las tareas del ingeniero cuando está frente a una serie de operaciones que transforman ciertos insumos o materias primas mediante procesos físicos y químicos consiste en el dimensionamiento de los equipos correspondientes. En los casos enque se dan transformaciones químicas (o bioquímicas) de la materia, el corazón del proceso se da en el reactor químico. Para diseñar un reactor debe contestarse una serie de preguntas tales como: ¿qué tipo de equipo se necesita para lograr la extensión de la reacción requerida? ¿qué condiciones de operación (temperaturas, presión, velocidades de flujo) se necesitan? La respuesta a estas cuestionesconstituye el diseño del proceso del reactor. El análisis de costos para determinar el diseño más rentable introduce nuevos factores tales como los materiales de construcción, la prevención de la corrosión, los requerimientos de operación y mantenimiento, etc. Para optimizar los costos deberá tenerse en cuenta además la instrumentación y mecanismos de control. Más factores pueden seguirintroduciéndose antes de llegar a la decisión final. No obstante en este curso nos restringiremos exclusivamente al diseño del proceso. La combinación de los procesos físicos y químicos a los efectos del diseño del reactor se hace recurriendo a las ecuaciones de las leyes de conservación de la materia y la energía para cada tipo de reactor. Para el diseño del proceso debe disponerse de informaciónproveniente de diferentes campos: termodinámica, cinética química, mecánica de fluidos, transmisión de calor y transporte de materia. Cuando una sustancia se transforma en otra por reordenación o redistribución de los átomos para formar nuevas moléculas decimos que se ha efectuado una reacción química. La termodinámica química suministra dos fuentes importantes de información necesarias para el diseño: elcalor desprendido o absorbido durante una reacción y la extensión máxima posible de la misma. Las reacciones químicas van siempre acompañadas de liberación o absorción de calor, que se mide por el cambio de entalpía (H). Por ejemplo, para la reacción aA  rR + sS el calor de reacción (H) a la temperatura T es el calor transferido desde los alrededores al sistema reaccionante cuando a moles de Adesaparecen para formar r moles de R y s moles de S, suponiendo el sistema a la misma temperatura y presión antes y después de la reacción. Si H > 0 , la reacción es endotérmica, absorbe calor; si H < 0 , la reacción es exotérmica, desprende calor. En general los efectos de la generación o absorción de calor no serán tenidos en cuenta en este curso, trabajándose en condiciones isotérmicas. La cinética química trata principalmente del estudio de la velocidad con que ocurre una reacción química, considerando los factores que influyen sobre ella y explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción. Este estudio es de primordial importancia pues una reacción puede ser termodinámicamente favorable pero su velocidad tan baja que a los efectos prácticos no ocurre. En el otroextremo, una reacción puede tener una velocidad tan elevada que entre en la categoría de las reacciones explosivas. Hay muchas maneras de clasificar las reacciones químicas. A nuestros efectos puede resultar adecuado dividirlas según el número de fases implicadas: sistemas homogéneos (una sola fase) y heterogéneos (se requiere más de una fase para que la reacción tenga lugar). Muchas veces estadistinción no es tajante. Otra clasificación posible es dividirlas entre catalizadas o no catalizadas. Un catalizador es una sustancia que, sin ser ni reactante ni producto, interviene en la transformación química y resulta incambiada con la reacción pero modifica la velocidad de reacción. Los catalizadores pueden ser inorgánicos como por ejemplo los utilizados en la refinación del petróleo, pero...
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