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CONCEPTOS DE REACTORES
QUIMICOS
Orientados a reactores de
laboratorio
Dr. Rogelio Cuevas García
Dr
UNICAT, Facultad de Química, UNAM

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Contenido
Utilidad de los reactores de laboratorio
Requisitos de un reactor de laboratorio
Problemas de transferencia de masa y energía
M d l d
Modelos
de reactores
t
id
ideales
l
‰ Intermitente
‰ PFR
‰ CSTR
Medición de actividad catalítica en losdiferentes reactores
‰ Obtención del orden de reacción
‰ Obtención de la ecuación de Arrhenius
‰ Obtención de la velocidad de reactor en los diferentes
reactores
‰ “screening” de catalizadores

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Utilidad de los reactores de
laboratorio

Reactores de laboratorio
¿Porque se utilizan los reactores de laboratorio?
Para el estudio de reacciones catalíticas y desempeño de
catalizadores.
catalizadores
„Estudios del desempeño del catalizador.
‰ Sensibilidad del catalizador a la presencia de posibles
venenos
‰ Durabilidad del catalizador
‰ Regeneración del catalizador

„

Comparar diferentes catalizadores en una reacción → Actividad.
‰ Análisis de la calidad de los catalizadores para un proceso
existente
‰ “Screening” de prototipos de catalizadores

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„

Evaluar la cinética intrínseca dereacción.
‰ Obtención de los ordenes de reacción.
‰ modelamiento de la cinética de un proceso existente.
‰ Obtención de parámetros cinéticos para un proceso nuevo.

„

Parámetros medidos
‰ Actividad
‰ Selectividad
‰ Comportamiento con la temperatura
‰ Condiciones de operación
Cinética de reacción intrínseca: Aquella en que las
concentraciones solo cambian por efecto de la reacción.

Evidentemente laobtención de los parámetros enumerados se
debe realizar en condiciones donde no existan gradientes de
temperatura y concentración. Condiciones que son muy difíciles
de alcanzar en reactores de gran tamaño.
Por lo tanto, es necesario utilizar reactores relativamente pequeños

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Prerrequisitos de un reactor de laboratorio:
„

„
„
„

Sistema de operación cerrado; se deben evitar perturbaciones
en laoperación del reactor.
reactor
Se debe alcanzar el estado de operación estable rápidamente.
Facilidad de muestreo y análisis de las corrientes de salida.
Aplicaciones disponibles para diferentes catalizadores.

„

Calculo sencillo de (-RA)=(-RA)(T, composición)
Determinación de parámetros/discriminación de modelos
Determinación de valores sobre la selectividad

„

Uso de cantidades de catalizadorpequeñas

„

Materiales de construcción inertes.
Control simple.
Mantenimiento sencillo.
Bajo costo de operación.

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4

Fenómenos de transporte de masa en presencia de una partícula
de catalizador

Los pasos necesarios para que sea posible observar a reacción:
1. Transferencia de masa del reactivo A desde el seno del fluido hasta la
superficie externa de la partícula catalítica. Estefenómeno se presenta a
través de la capa límite y es externo a la partícula del catalizador; por eso se
conoce como transferencia de masa externa o transferencia de masa
interparticular.
2.Transferencia de masa del reactivo A desde la superficie de la partícula
catalítica hasta el sitio catalítico. Este fenómeno se presenta a través del
sistema poroso dentro de la partícula del catalizador; por eso, seconoce
como transferencia de masa interna o transferencia de masa intraparticular.

Fenómenos de transporte de masa en presencia de
una partícula de catalizador

3. La reacción en el sitio activo; formada a su vez por tres pasos:
• Quimisorción de A en el sitio activo
•Reacción superficial
•Desorción de B del sitio catalítico

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Fenómenos de transporte de masa en presencia de una
partícula decatalizador

4. Transferencia de masa interna del producto B desde el sitio catalítico a la
superficie
f
de la partícula catalítica.
5. Transferencia de masa externa del producto B desde la superficie externa
de la partícula catalítica hasta el seno del fluido.

Perfil de concentraciones resultante de los fenómenos de
transferencia de masa
masa.

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Perfiles de temperatura debidos a los...