Quimica
Páginas: 5 (1006 palabras)
Publicado: 24 de marzo de 2010
Diseño de Reactores Heterogéneos Catalíticos
La mayor parte de los procesos de la industria petroquímica primaria son llevados a cabo a través de reacciones catalíticas heterogéneas. Las reacciones son heterogéneas porque participan en ellas varias fases y son catalíticas porque se involucra la presencia de un catalizador. Un catalizador (Berzelius, 1835) es una sustancia que afecta la velocidady/o la dirección de una reacción química, pero que no se consume en el proceso ni afecta al equilibrio. Si un catalizador decrementa la velocidad de reacción, se le llama inhibidor. Usualmente estos interfieren en los procesos de radicales libres de las reacciones en cadena. Un ejemplo típico es el tetraetilo de plomo o el metil terbutil éter (MTBE) que se añaden a la gasolina para afectar sugrado de explosividad (índice de octano u octanaje). Un catalizador no puede cambiar el punto de equilibrio de una reacción fijado por la termodinámica, pero afecta a la velocidad con que se alcanza el equilibrio. Se dice que un catalizador es homogéneo si está en la misma fase que los productos y reactivos. Un ejemplo es la condensación aldol de la acetona para formar óxido de mesitilo:
Loscatalizadores heterogéneos se presentan en diferente fase que los reactivos y productos, por ejemplo la ciclación del hexano:
El término catálisis heterogénea generalmente se restringe a fenómenos catalíticos que involucran un catalizador sólido y reactivos/productos en fase gas o líquido. A estos fenómenos también se les conoce como catálisis de contacto. Los mecanismos de este tipo de reaccionestípicamente involucran procesos de adsorción y desadsorción (desorción) en la superficie del sólido. La teoría de los centros activos fué propuesta inicialmente por H.S. Taylor [Proc. Roy. Soc. 50C, 108A:105 (1925)] y consiste en suponer que solo en ciertas irregularidades de la superficie ocurre la reacción química. A esas irregularidades se les llama centros activos y ahí se forman fuertes enlacescon las moléculas según los mecanismos de adsorción que estudiaremos más tarde.
Ingeniería de Reactores
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M.A.Romero 2003
NOMENCLATURA. θ0 = Concentración molar del número total de centros activos por unidad de masa de catalizador. = Número de centros activos por unidad de masa de catalizador/Número de Avogadro. θ = Concentración molar de centros activos vacantes. θi =Concentración molar de los centros activos ocupados por la especie i. Pi = Presión parcial de i en la fase gaseosa. Sa = Area superficial por unidad de masa de catalizador.
θ0 = θ + θA + θB
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Pasos del mecanismo de reacción en sistemas heterogéneos catalíticos gas-sólido 1. Transferencia de masa delos reactivos desde el seno del fluido hasta la superficie exterior de
la partícula de catalizador.
2. Difusión molecular de los reactivos dentro de los poros (Flujo Knudsen). 3. Adsorción de al menos uno de los reactivos en la superficie del catalizador. 4. Reacción en la superficie (Esto puede considerar varios pasos). 5. Desadsorción de las especies adsorbidas en la superficie. 6.Transferencia de masa del interior de los poros al exterior de la partícula catalizador. 7. Transferencia de masa de los productos hacia el seno del fluido.
DIFUSION EXTERNA. Cuando este paso es el limitante, el sistema no recibe la cantidad de reactivo que puede transformar o bien está saturado de un producto de difusión lenta. Este proceso puede representarse mediante la ecuación:
rA ' = K G a (PA −PAi )
Si la reacción fuera líquido-sólido:
En estudios cinéticos, generalmente estos pasos no son controlantes, pues las condiciones de operación se manipulan para operar en un régimen en el que la reacción superficial controle el proceso.
Velocidad Global
Flujo Alimentado
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Velocidad Global
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DIFUSION INTERNA. La difusión...
La mayor parte de los procesos de la industria petroquímica primaria son llevados a cabo a través de reacciones catalíticas heterogéneas. Las reacciones son heterogéneas porque participan en ellas varias fases y son catalíticas porque se involucra la presencia de un catalizador. Un catalizador (Berzelius, 1835) es una sustancia que afecta la velocidady/o la dirección de una reacción química, pero que no se consume en el proceso ni afecta al equilibrio. Si un catalizador decrementa la velocidad de reacción, se le llama inhibidor. Usualmente estos interfieren en los procesos de radicales libres de las reacciones en cadena. Un ejemplo típico es el tetraetilo de plomo o el metil terbutil éter (MTBE) que se añaden a la gasolina para afectar sugrado de explosividad (índice de octano u octanaje). Un catalizador no puede cambiar el punto de equilibrio de una reacción fijado por la termodinámica, pero afecta a la velocidad con que se alcanza el equilibrio. Se dice que un catalizador es homogéneo si está en la misma fase que los productos y reactivos. Un ejemplo es la condensación aldol de la acetona para formar óxido de mesitilo:
Loscatalizadores heterogéneos se presentan en diferente fase que los reactivos y productos, por ejemplo la ciclación del hexano:
El término catálisis heterogénea generalmente se restringe a fenómenos catalíticos que involucran un catalizador sólido y reactivos/productos en fase gas o líquido. A estos fenómenos también se les conoce como catálisis de contacto. Los mecanismos de este tipo de reaccionestípicamente involucran procesos de adsorción y desadsorción (desorción) en la superficie del sólido. La teoría de los centros activos fué propuesta inicialmente por H.S. Taylor [Proc. Roy. Soc. 50C, 108A:105 (1925)] y consiste en suponer que solo en ciertas irregularidades de la superficie ocurre la reacción química. A esas irregularidades se les llama centros activos y ahí se forman fuertes enlacescon las moléculas según los mecanismos de adsorción que estudiaremos más tarde.
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M.A.Romero 2003
NOMENCLATURA. θ0 = Concentración molar del número total de centros activos por unidad de masa de catalizador. = Número de centros activos por unidad de masa de catalizador/Número de Avogadro. θ = Concentración molar de centros activos vacantes. θi =Concentración molar de los centros activos ocupados por la especie i. Pi = Presión parcial de i en la fase gaseosa. Sa = Area superficial por unidad de masa de catalizador.
θ0 = θ + θA + θB
Ingeniería de Reactores
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Pasos del mecanismo de reacción en sistemas heterogéneos catalíticos gas-sólido 1. Transferencia de masa delos reactivos desde el seno del fluido hasta la superficie exterior de
la partícula de catalizador.
2. Difusión molecular de los reactivos dentro de los poros (Flujo Knudsen). 3. Adsorción de al menos uno de los reactivos en la superficie del catalizador. 4. Reacción en la superficie (Esto puede considerar varios pasos). 5. Desadsorción de las especies adsorbidas en la superficie. 6.Transferencia de masa del interior de los poros al exterior de la partícula catalizador. 7. Transferencia de masa de los productos hacia el seno del fluido.
DIFUSION EXTERNA. Cuando este paso es el limitante, el sistema no recibe la cantidad de reactivo que puede transformar o bien está saturado de un producto de difusión lenta. Este proceso puede representarse mediante la ecuación:
rA ' = K G a (PA −PAi )
Si la reacción fuera líquido-sólido:
En estudios cinéticos, generalmente estos pasos no son controlantes, pues las condiciones de operación se manipulan para operar en un régimen en el que la reacción superficial controle el proceso.
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