sistemas heterogeneos
Páginas: 5 (1027 palabras)
Publicado: 27 de noviembre de 2013
SISTEMAS HETEROGENEOS
Los procesos heterogéneos tienen lugar en más de una fase (sólida, líquida o gaseosa), y son de importancia sobre todo en lo que respecta al uso de catalizadores de transferencia de fase.
En estos sistemas, además de los factores que normalmente han de tenerse en cuenta en los homogéneos, hemos de considerar que:
- La ecuación cinética debe incluir los términosde transporte de materia entre fases, puesto que está presente más de una, los cuales son diferentes en tipo y número para los distintos sistemas heterogéneos.
La expresión cinética global debe incorporar los distintos procesos (vi), que implican tanto etapas de transporte físico como de reacción; si los caminos son paralelos e independientes: v=Σvi, mientras que si son sucesivos todas lasetapas transcurrirán a la misma velocidad en estado estacionario: v=vi.
La combinación de expresiones cinéticas individuales para procesos lineales en serie, puede realizarse por adición de resistencias, y como al combinar las velocidades, no se conocen generalmente las concentraciones de las sustancias en posiciones intermedias, deberemos expresarlas en función de la diferencia global (esto esfácil si las cinéticas son lineales respecto a la concentración para todas las etapas, pero en caso contrario la expresión resultante puede ser muy compleja); por otro lado, cuando han de compararse velocidades, es necesario definirlas respecto a la misma base (por ejemplo, la unidad de superficie).
Frecuentemente, una de la etapa presenta la mayor contribución a la resistencia global: etapa lenta ocontrolante, y puede considerarse como la única que influye sobre la velocidad (esto conduce a expresiones más sencillas). Otra alternativa es sustituir la curva velocidad-concentración por una recta de aproximación (tomando solo los términos lineales de un desarrollo en serie de Taylor), y después combinarla con los otros términos de la velocidad.
- El contacto de cada una de las fases puedepresentar flujo en pistón o mezcla completa (si se consideran ideales), lo que hace posible muchas combinaciones; por otra parte, si una fase es discontinua (gotas o partículas sólidas) han de tenerse en cuenta sus características de micro o macrofluido en flujo de mezcla completa.
Sistema liquido-solido
Para reacciones no catalíticas de partículas sólidas con un fluido que las rodea (gas olíquido) existen dos modelos básicos: en la mayoría de los casos el modelo de núcleo sin reaccionar se ajusta mejor al comportamiento real que el de conversión progresiva.
La tabla resume las expresiones conversión-tiempo para reacciones elementales irreversibles (primer orden) y partículas de formas diferentes; puede tenerse en cuenta directamente la acción simultánea de las diferentesresistencias debido a que actúan en serie y todas ellas son lineales respecto a la concentración: el tiempo necesario para alcanzar cualquier grado de conversión (t) o la conversión completa (τ) es igual a la suma de los tiempos para cada una aislada.
A (fluido ) + b B (sólido) → productos (ABb)
CAg: concentración del gas ρB: densidad molar de B en el sólido
L,R: dimensiones de las partículasl,rc: núcleo sin reaccionar
kg, De, ks : coef. de transporte de masa, difusividad efectiva en las cenizas y constante cinética de primer orden para la reacción
Para partículas de un solo tamaño, con flujo en pistón de sólidos y composición uniforme del gas, se emplean las ecuaciones de la tabla para calcular directamente el tiempo de contacto o reacción necesario para que el sólido alcanceuna conversión dada (XB). Para otras condiciones de las partículas sólidas (distribución de tamaños y flujo en mezcla completa) deben derivarse otras expresiones.
Reacciones catalíticas
La catálisis es una práctica de gran importancia, cada vez más extendida en la industria: se estima que más del 20% de todos los productos manufacturados han pasado por alguna etapa catalítica....
Los procesos heterogéneos tienen lugar en más de una fase (sólida, líquida o gaseosa), y son de importancia sobre todo en lo que respecta al uso de catalizadores de transferencia de fase.
En estos sistemas, además de los factores que normalmente han de tenerse en cuenta en los homogéneos, hemos de considerar que:
- La ecuación cinética debe incluir los términosde transporte de materia entre fases, puesto que está presente más de una, los cuales son diferentes en tipo y número para los distintos sistemas heterogéneos.
La expresión cinética global debe incorporar los distintos procesos (vi), que implican tanto etapas de transporte físico como de reacción; si los caminos son paralelos e independientes: v=Σvi, mientras que si son sucesivos todas lasetapas transcurrirán a la misma velocidad en estado estacionario: v=vi.
La combinación de expresiones cinéticas individuales para procesos lineales en serie, puede realizarse por adición de resistencias, y como al combinar las velocidades, no se conocen generalmente las concentraciones de las sustancias en posiciones intermedias, deberemos expresarlas en función de la diferencia global (esto esfácil si las cinéticas son lineales respecto a la concentración para todas las etapas, pero en caso contrario la expresión resultante puede ser muy compleja); por otro lado, cuando han de compararse velocidades, es necesario definirlas respecto a la misma base (por ejemplo, la unidad de superficie).
Frecuentemente, una de la etapa presenta la mayor contribución a la resistencia global: etapa lenta ocontrolante, y puede considerarse como la única que influye sobre la velocidad (esto conduce a expresiones más sencillas). Otra alternativa es sustituir la curva velocidad-concentración por una recta de aproximación (tomando solo los términos lineales de un desarrollo en serie de Taylor), y después combinarla con los otros términos de la velocidad.
- El contacto de cada una de las fases puedepresentar flujo en pistón o mezcla completa (si se consideran ideales), lo que hace posible muchas combinaciones; por otra parte, si una fase es discontinua (gotas o partículas sólidas) han de tenerse en cuenta sus características de micro o macrofluido en flujo de mezcla completa.
Sistema liquido-solido
Para reacciones no catalíticas de partículas sólidas con un fluido que las rodea (gas olíquido) existen dos modelos básicos: en la mayoría de los casos el modelo de núcleo sin reaccionar se ajusta mejor al comportamiento real que el de conversión progresiva.
La tabla resume las expresiones conversión-tiempo para reacciones elementales irreversibles (primer orden) y partículas de formas diferentes; puede tenerse en cuenta directamente la acción simultánea de las diferentesresistencias debido a que actúan en serie y todas ellas son lineales respecto a la concentración: el tiempo necesario para alcanzar cualquier grado de conversión (t) o la conversión completa (τ) es igual a la suma de los tiempos para cada una aislada.
A (fluido ) + b B (sólido) → productos (ABb)
CAg: concentración del gas ρB: densidad molar de B en el sólido
L,R: dimensiones de las partículasl,rc: núcleo sin reaccionar
kg, De, ks : coef. de transporte de masa, difusividad efectiva en las cenizas y constante cinética de primer orden para la reacción
Para partículas de un solo tamaño, con flujo en pistón de sólidos y composición uniforme del gas, se emplean las ecuaciones de la tabla para calcular directamente el tiempo de contacto o reacción necesario para que el sólido alcanceuna conversión dada (XB). Para otras condiciones de las partículas sólidas (distribución de tamaños y flujo en mezcla completa) deben derivarse otras expresiones.
Reacciones catalíticas
La catálisis es una práctica de gran importancia, cada vez más extendida en la industria: se estima que más del 20% de todos los productos manufacturados han pasado por alguna etapa catalítica....
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