analsiis

Cinética Homogénea
Cinética y Reactores Químicos
L. Herrera

Basado en Levespiel Chem Reac Eng
Cap 2

Cinética química
• Estudio de la rapidez de reacción y cambio
de la rapidez de reacción bajo condiciones
variables y qué eventos moleculares se
efectúan durante la reacción general
• Es un estudio puramente empírico y
experimental; la química cuántica permite
indagar en lasmecánicas de reacción, lo
que se conoce como dinámica química

Reactores Ideales Simples

Reactores Simples
• Batch (Intermitente, Discontinuo):
– Composición uniforme; cambia en el tiempo

• Continuo, Flujo Pistón “Ideal”:
– Pasa por el reactor sin mezclarse; una hilera de
elementos de fluido, en secuencia (diagrama)
– La realidad es un poco distinta (difusiva)

• Continuo, TanqueAgitado:
– Composición (mezcla) uniforme
– Composición idéntica en todos punto del reactor,
idéntica a la salida, además

Reactores simples
• Simples; reactores reales se pueden
interpretar en función de estos tres modelos
• Fáciles de estudiar; es decir, es fácil
encontrar sus ecuaciones de conversión
• Uno de los tres será el “mejor” para una
tarea determinada
• (mas adelante se veránreciclos, series,
patrones de mezcla mixtos, etc.)

Ecuación Cinética (homogénea)
En fase homogénea, cinética por unidad de volumen

aA  bB   rR  sS
Siguiendo la cinética de A (desaparición) es útil:

1 dN A  moles A que desaparecen   mol 
 rA 

, 3 
Volumen  tiempo 
V dt
 m s 
La cinética de todos los reactantes y productos se relacionan por:

 rA  rB rR rS
 
a
b
r
s

Composición y Energía
• Velocidad de reacción depende de:

– Composición (y del orden de la reacción)
– Energía
• Temperatura (energía cinética) es el término principal (tb
luz; intensidad de campo; radiación; etc.). La Velocidad
será:
1 a 


  mol 3 

 mol  a 
 mol 
m 
 E / RT
a

 C a 

 rA 

k

k

e

C

A
0
A


s
 m 3  
 m 3 s 





Con “a” orden de la reacción. k0 es la velocidad a temperatura T=0 °K

Dependencia de la Concentración
• El término de composición depende del tipo
de reacción.
• Se refleja en la forma y el número de
ecuaciones necesarias para describir la
velocidad de reacción
• Se estudia a temperatura constante
– Única o Múltiple (describir en uncomponente?)
– Elemental o No-elemental

Reacciones Únicas o Múltiples
• Se debe observar la reacción
• Puede ocurrir una única reacción o ser
resultado de varias reacciones
• Si es única, habrá sólo una estequiometría
• Se debe usar mas de una ecuación
estequiométrica si es una reacción múltiple
• La múltiples son:
– En serie, paralelas o complejas

Reacción Simple

A  B   RReacciones múltiples

A   R   S En Serie
 A   R 

 Paralela Competitiva
 A   S 
 A   R 

 Paralela Simultáneas
 B   S 
 A  B   R 

 Compleja
 R  B   S 

Reacciones Elementales y No• A+BR
• Si el mecanismo de control de la velocidad de
reacción requiere que la molécula A choque con
la B, entonces el número de colisiones seráproporcional a la velocidad de reacción.
• El número de colisiones, a una T dada, es
proporcional a la concentración de A y de B en la
mezcla; así:  rA k C A C B
Elemental! La velocidad se obtiene de
la estequiometría

Reacciones No-Elementales
• Son aquellas en que la velocidad de reacción no
corresponde a la estequiometría
• Usualmente se postula que el producto requiere
de reaccionesintermedias que no se alcanzan a
detectar, aparece sólo una estequiometría global.
• Clásica: Hidrógeno y Bromo

H 2  Br2   2 HBr; rHBr

k1  H 2   Br2 


HBr



1  k2 


Br

2 


Estudio Personal
• Averigüe cómo se explica la aparición de una
cinética tan compleja como la del ácido
bromhídrico; cite sus fuentes (está en
Levenspiel)
• Encuentre las...