Diseño de
Reactores
Velocidad de reacción e interpretación de datos
experimentales.
 Obtención en forma General de la velocidad de reacción
La obtención de la velocidad de reacción cuando el paso
controlante es quimico .
Interacción entre las partes químicas y físicas del proceso .
 Análisis cinético sobre sistemas reactivos que involucran
una sola reacción.
1. Obtención de datos experimentales
2. Postulación de mecanismos de reacción y de expresiones de
velocidad de reacción.
3. Comprobación por medio de datos experimentales de cual de las
expresiones propuestas es la correcta o lo mas probable.
Diseño de
Reactores
4. Evaluación numérica de las constante involucradas en la expresión de la
velocidad de reacción mas probable usando los datos experimentales.
Datos experimentales obtenidos en diferentes tipos de reactores:
Reactor intermitente ideal.
Reactor tubular diferencial .
Reactor tubular integral ideal.
Reactor continuo tipo tanque ideal .
Caso 1: datos obtenidos en un reactor intermitente ideal.
El análisis cinético se presentara siguiendo este orden:
Mediciones experimentales
Correlación de las propiedades físicas con a concentración
Evaluación de la velocidad de reacción
Evaluación cualitativa y cuantitativa de la velocidad de reacción probable
Reacciones no elementarías
Diseño de
Reactores
 Mediciones experimentales
Datos experimentales en un reactor intermitente
a. Análisis gravimétrico y volumétrico
b. Mediciones de cambios de presión total
En sistemas reactivos gaseosos. Para poder utilizar este tipo de
análisis se requiere que exista un cambio en el numero de
moles a medida que la reacción se este efectuando. Por
ejemplo, se podría utilizar este tipo de análisis para reacciones
del tipo:
2A → 2B + C
A+2B → C+ D
c. Medición del cambio en alguna propiedad física del sistema
reactivo
Estas propiedades físicas pueden ser:
Diseño de
Reactores
Sustituyendo:
La obtención de la relación entre la propiedad física y la
concentración consta de los siguientes pasos:
a. Obtención de λ a tiempo cero
a. Obtención de λ a tiempo infinito ( el tiempo necesario para que
la reacción llegue a equilibrio si es reversible o a 100 % de
conversión si es irreversible)
Diseño de
Reactores
I.
Índice de refracción
Volumen especifico
III. Intensidad del color
IV. Rotación especifica del plano de la luz polarizada
V. Conductancia especifica
VI. Viscosidad
VII. Conductividad térmica etc.
2. Correlación de las propiedades físicas.
Suponiendo que existe una relación lineal , se puede derivar una
ecuación general que relación la propiedad física medida con la
concentración :
aA + bB ↔ cC + dD
II.
Diseño de
Reactores
 Obtención del balance estequiométrico.
Suponiendo que el volumen es constante , el balance
estequiométrico es :
Relacionar el balance estequiométrico para λ:
Diseño de
Reactores
 Relaciones finales:
Diseño de
Reactores
Utilizando la relación entre la concentración y la
conversión :
Diseño de
 Evaluación de la velocidad de reacción a partir de los datos
Reactores
experimentales.
La obtención se hará suponiendo que se tienen datos
experimentales de concentración o presión total o de
alguna propiedad física del sistema reactivo función del
tiempo
 Obtención de la velocidad de reacción a partir de datos de
concentración vs tiempo .
Se grafica la presión total o la propiedad física en contra del tiempo
De reacción , con la pendiente de la tangente a la curva a un tiempo
dado se puede evaluar la velocidad de reacción de la siguiente manera:
Diseño de
Reactores
 Obtención de la velocidad de reacción a partir de
datos de presión total o de alguna propiedad
física del sistema como función del tiempo .
 Evaluación cualitativa y cuantitativa de
velocidad de reacción mas probable.
I. Método integral
II. Método diferencial
III. Método de la vida media
IV. Método analógico
V. Método de los mínimos cuadrados, etc.
Método diferencial.
la
Diseño de
ReactoresEL
ALGORITMO PARA EL ANALISIS DE DATOS
1. Postular una ley de velocidad
a. Modelos de leyes de potencia para reacciones
h0mogéneas
,
b. Modelos de Langmuir- Hinshelwood para reacciones
heterogéneas
2. Elegir el tipo de reactor y el balance molar
correspondiente
a. Si es un reactor intermitente , usar el balance de
moles para el reactivo A
Diseño de
Reactores
b. Si es un reactor PFR diferencial , usar el balance de moles
para el producto P(A→P)
3. Procesar los datos en términos de a variable medida
( por ejemplo ,
. Si es necesario , reescribir el balance
molar en términos de la variable medida ( es decir, ).
4. Buscar simplificaciones. Por ejemplo si uno de los reactivos
esta en exceso, asumir que su concentración es constante.
5. Para una reactor intermitente , calcular
en función de
la concentración
para determinar el orden de reacción
Diseño de
Reactores
A . Análisis diferencial
Combinar el balance molar con el modelo de ley de
potencias
→
Y después tener el log natural:
(1)Encontrar
a partir de datos de
a. Método grafico
b. Método diferencial
c. Polinomio
contra t por
Diseño de
Reactores
2 . Graficar
contra
y encontrar el
orden de reacción α , que es la pendiente de a línea
ajustada a los datos
3. Encontrar k
B. Método integral
Para
, la combinación de balance molar
Y ley de velocidad es
1.Suponer α e integrar la ecuación. Al graficarse en
función del tiempo debe ser lineal . Si es lineal ,
entonces el valor supuesto para α es correcto y la
pendiente es la velocidad de reacción especifica k .
Diseño de
Reactores
Sino es lineal , efectuar otra suposición para α. Si se
supone α= 0, 1 y 2, y ninguno de estos ordenes se ajusta a
los datos, proceder a regresión no lineal .
2. Regresión no lineal (polymath)
Integrando la ecuación
para obtener
6. Para un PFR diferencial , calcular
de
o
en función
Diseño de
Reactores
a. Calcular
en función de la
concentración de reactivo
b. Elegir un modelo ; por ejemplo
usar regresión no lineal para encontrar el mejor
modelo y los parámetros del modelo .
7. Analizar el modelo de ley de velocidad para “saber
que tan buenas es el ajuste”. Calcular un
coeficiente de correlación.
c.
Descargar

velocidad de reaccion e interpretacion de datos