transferecia de calor

Tema 7 – Mecanismos de Reacción sobre Catalizadores Sólidos

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TEMA 7.
MECANISMOS DE REACCIÓN
SOBRE CATALIZADORES SÓLIDOS

OCW © Rubén López Fonseca – Departamento de Ingeniería Química – Universidad del País Vasco/EHU

Tema 7 – Mecanismos de Reacción sobre Catalizadores Sólidos

REACCIONES QUÍMICAS SOBRE
CATALIZADORES SÓLIDOS

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El empleo de un catalizador:
Mejora lavelocidad de las reacciones químicas
Hace que las condiciones de reacción menos drásticas
(temperatura y presión más baja)
Supone un ahorro energético que mejora la economía del proceso
Puede mejorar la selectividad de la reacción química
Estos cambios ocurren porque el catalizador hace que la reacción ocurra
a través de un mecanismo diferente sobre los centros activos
de su superficie
Elcatalizador interviene como una parte activa en la reacción pese a
que su estado físico es invariante (es el mismo al comienzo y al
final de la reacción)
Es necesario el contacto físico entre los reactivos y los centros activos
del catalizador (situados sobre la superficie –poros– del catalizador)
Importancia de la difusión de los reactivos desde la corriente
fluida hasta el interior de los porosImportancia de la difusión de los productos en sentido contrario
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REACCIONES QUÍMICAS SOBRE
CATALIZADORES SÓLIDOS

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EJEMPLO DE UNA REACCIÓN HETEROGÉNEA CATALÍTICA

CO(g) + 1/2O2 (g)  CO2 (g)
→
Oxidación de CO a CO2
sobre uncatalizador
Pt/Al2O3


→
CO(g) + Pt s ← CO-Pt s


→
O2 (g) + Pt s ← 2O-Pt s

CO-Pt s + O-Pt s  CO2 -Pt s + Pt s
→

→
CO2 -Pt s ← CO2 (g) + Pt s


Importancia de los procesos de adsorción y desorción de las
especies sobre los centros activos, y de la cinética de estas etapas
El número de moléculas de reactivo convertidas a productos en un
intervalo de tiempo(velocidad de reacción) depende del número
de centros activos disponibles
Debe maximizarse el número de centros activos accesibles a los
reactivos mediante la dispersión de las especies activas (cristalitos
de pequeño tamaño sobre un soporte con una elevada superficie
específica)
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REACCIONES QUÍMICAS SOBRE
CATALIZADORES SÓLIDOS

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EJEMPLO DE UNA REACCIÓN HETEROGÉNEA CATALÍTICA

C2H4 (g) + H2 (g)  C2H6 (g)
→

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REACCIONES QUÍMICAS SOBRE
CATALIZADORES SÓLIDOS5

ETAPAS EN EL MECANISMO DE LA REACCIÓN
CATALÍTICA HETEROGÉNEA
Son etapas en serie (consecutivas)
1. Los reactivos pasan desde la fase fluida hasta la superficie
externa del sólido, por difusión
2. Los reactivos pasan desde la superficie de la partícula hasta el
interior de los poros, por difusión
3. Los reactivos entran en contacto con el catalizador y se adsorben
sobre los centrosactivos
4. Reacción química en el centro activo y formación de productos
5. Los productos se separan (desorben) de los centros activos
6. Los productos salen por difusión desde el interior de los poros
hasta la superficie exterior de la partícula
7. Los productos se difunden desde la superficie externa de la
partícula hasta la fase fluida
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ETAPAS 1 / 2 / 7 / 8
ETAPAS 4 / 5 / 6

1

Capa límite

7

Difusión
externa

Difusión
interna

2

Partícula

6

Difusión
interna

Superficie interna de la partícula

Difusión
externa

Superficie exterior de la partícula

Flujo principal

Superficie de la película estancada

ETAPAS EN EL MECANISMO DE LA...