Cinética y Fisicoquímica de Superficies1

Cinética y Fisicoquímica de
Superficies
Profesor Milton Manrique
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
Universidad Industrial de Santander
Bucaramanga
26/10/2015

Proceso Industrial
Un proceso industrial está diseñado para producir económicamente un producto,
a partir de una variedad de precursores, por medio de una serie de etapas
consecutivas.
La materia prima precursora sesomete a tratamientos físicos, como etapas
previas al tratamiento químico en un reactor.
Los productos también se someten a tratamientos físicos, hasta alcanzar el
producto final deseado.
El tratamiento químico es el corazón del proceso y que lo hace posible o no,
dependiendo del factor económico
El diseño de un reactor utiliza la información, el conocimiento y la experiencia de
una variedad deáreas: termodinámica, cinética química, mecánica de fluidos,
transferencia de masa, transferencia de calor y economía.
La ingeniería de reacciones químicas es la síntesis de todos esos factores que se
enfocan al diseño apropiado de un reactor químico.
Actualmente todo proceso industrial requiere también un estudio del impacto
ambiental, lo cual es fundamental para conseguir los permisos defuncionamiento
del mismo.
Cinética y Fisicoquímica de Superficies

Profesor Milton Manrique

Esquema de un Proceso Industrial

Materia
prima

Tratamientos
Físicos

Tratamientos
Químicos

Tratamientos
Físicos

Productos

Reciclo

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Profesor Milton Manrique

Clasificación de las Reacciones Químicas
No catalizadas
Homogéneas

Heterogéneas

Catalizadas

Reacciones enfase gas

Reacciones en fase líquida

Reacciones rápidas, i.e. la
Combustión en llama

Reacciones en Sist. Coloidales
Reacc. enzimas y microbiales

Combustión de carbón

Síntesis de amoniaco

Tostación de minerales

Oxidación de amonio/HNO3

Reacción de sólido/ácido

Cracking de crudo

Absorción gas/líquido

Oxidación de SO2 a SO3

Reducción de óxidos de hierro

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Profesor Milton Manrique

Variables que afectan la velocidad de reacción
En reacciones homogéneas: PRESION, TEMPERATURA Y COMPOSICIÓN

En reacciones Heterogéneas: PRESION, TEMPERATURA, COMPOSICIÓN
TRANSFERENCIA DE MASA Y CALOR

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Profesor Milton Manrique

Velocidad de Reacción


Por unidad de volumen de fluido reactante:

i 

1 dN i
V dt



Porunidad de masa de sólido en sistemas sólido/gas:

i 

1 dN i
W dt



Por unidad de área en reacciones heterogéneas:

i 

1 dN i
S dt



Por unidad de volumen de sólido en sistemas sólido/gas

i 

1 dN i
Vs dt



Por unidad de volumen de reactor:

i 

1 dN i
Vr dt

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Profesor Milton Manrique

Magnitud de la Velocidad de Reacción

Tratamiento deresiduos municipales: días
Reducción directa de minerales de hierro: horas
Producción de gasolina a partir del petróleo : menor a un segundo
Reacciones en plasma térmico: milisegundos

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Profesor Milton Manrique

Cinética de las Reacciones Homogéneas
Reacción en fase gas simple de la forma:
aA(g) + bB(g) = rR(g) + sS(g)
La velocidad de reacción expresada comovelocidad de consumo de
reactante A(g), es como sigue:

 A  

1 dN A (cantidad de A( g ) desaparece) moles

 3
V dt
(volume)(tiempo )
m .s

La velocidad de reacción con relación a los otros componentes es:



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A
a



B
b



R
r



S
s
Profesor Milton Manrique

Reacciones Homogéneas


Reacción Simple: Cuando se tiene una sola expresión
cinética,para describir el progreso de la reacción




Reacciones Múltiples:
Reacciones en serie: A

R



S
R

A
B





Reacciones en paralelo: A



(En paralelo respecto a B y en serie respecto a A, R y S)

Reacciones mas complejas:

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S
A+B
R +B

R
S

R
S

Profesor Milton Manrique

Reacción Elemental
Sea la reacción de ecuación estequiométrica:
A+B=R
Se...