Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Area de Tecnología. Aprendizaje Dialógico Interactivo (ADI). Estado Falcón. Página 1

Universidad Nacional Experimental “Francisco de Miranda” Complejo Académico “El Sabino”

Área de Tecnología Programa de Ingeniería Química

Cátedra: Ingeniería de las Reacciones Profesor: Ing. Sheila Rivero C.

REACCIONES AUTOCATALÍTICAS

Se denomina reacción autocatalítica aquella en la que uno de los productos actúa como catalizador. La reacción

autocatalítica más sencilla es:

RRRA

Puesto que el producto R influye en la velocidad de reacción, su concentración debe aparecer en la ecuación cinética.

Por lo tanto para la reacción anterior la ecuación cinética es:

RA

A

A CkCdt

dCr

Como se indica en la figura siguiente para el sistema de reacción considerado, la velocidad de reacción presenta un

máximo cuando las concentraciones de A y R son iguales, mientras que R es igual a cero cuando la concentración de A o

de R es nula. Esto se debe a que en una reacción autocatalítica si comenzamos con una cantidad pequeña de R la

velocidad de reacción aumentaría a medida que se vaya formando más R. En el otro extremo, cuando haya desaparecido

todo el componente A la velocidad ha de tender a cero.

Figura 1: Curva típica velocidad-concentración para reacciones autocatalíticas, por ejemplo RRRA ,

RA

A

A CkCdt

dCr

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REACTOR DE FLUJO PISTÓN Y REACTOR DE TANQUE AGITADO

Para cualquier curva velocidad-concentración dada, la comparación entre las áreas de la figura 2 mostrará cual es el

mejor reactor (el que requiere un volumen más pequeño) para un trabajo determinado. Así se encuentra que:

Para valores de conversión bajos, el reactor de tanque agitado resulta el más adecuado que el reactor de flujo

pistón.

Para valores de conversión suficientemente altos, el reactor de flujo pistón es el más adecuado.

Estos resultados difieren de los que se han encontrado para las reacciones ordinarias de orden n (n>0) donde el

reactor de flujo pistón es siempre más eficaz que el reactor de tanque agitado. Además, debe indicarse que un reactor

de flujo pistón no funcionará con una alimentación de reactivo puro. En tal situación, se debe añadir a la alimentación de

forma contínua alguna cantidad de producto, presentándose así una oportunidad ideal para el empleo de un reactor con

RECIRCULACIÓN. El reactor con recirculación es por lo tanto importante particularmente en el diseño de rectores

catalíticos donde se desea utilizar un lecho relleno (flujo pistón) pero que en alguna ocasión convendría que se

comportase casi como de flujo mezclado.

Figura 2. Para las reacciones autocatalíticas, el flujo de tanque agitado es más eficiente para conversiones bajas y el

flujo pistón es más eficiente para conversiones altas.

La siguiente figura ilustra a modo de resumen lo expuesto anteriormente: para ecuaciones de velocidad con un

máximo, el mejor modelo de contacto (o mejor reactor) depende del nivel de conversión deseado.

Figura 3. Tamaño del reactor según el modelo de flujo para cinéticas con un máximo

MP: mezcla completa

RFP. Flujo pistón

RFPR: flujo pistón con

recirculación

XAM. Conversión máxima

(correspondiente a la

velocidad de reacción

máxima

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Los ejemplos más importantes de reacciones autocatalíticas son la gran variedad de reacciones de fermentación

que resultan de la acción de microorganismos sobre una alimentación orgánica. Cuando estas pueden tratarse como

reacciones simples, es posible aplicar directamente los métodos aplicados hasta ahora. Otro tipo de reacción que tiene

un comportamiento autocatalitico es la reacción exotérmica (por ejemplo, la combustión de un gas) que se lleva a cabo

de forma adiabática con reactivos fríos que entran al sistema. En este tipo de reacción llamada autotérmica, el calor

puede considerarse como el producto que mantiene la reacción. Así, con un flujo pistón la reacción morirá. Con

retromezclado la reacción se automantendrá debido a que la gran cantidad de calor que genera la reacción es capaz de

aumentar la temperatura de los reactivos fríos hasta la temperatura a la que estos reaccionarán. Las reacciones

autotérmicas son de gran importancia en sistemas catalizados sólido-gas.

COMBINACIONES DE RECTORES

En el caso de las reacciones autocatalíticas, si es admisible la recirculación de producto o la separación con

recirculación del mismo, deben considerarse todos los arreglos de reactores posibles. En general, para una curva

velocidad-concentración como la mostrada en la figura 4, se debe siempre intentar alcanzar el punto M en un solo paso

(utilizando flujo de tanque agitado en un solo reactor), seguido de un flujo pistón como sea posible. Este procedimiento

se muestra como el área sombreada en la figura 4.a.

Cuando es posible la separación y reutilización del reactivo no convertido, se debe operar en el punto M (ver figura

4.b).

El volumen necesario en estas circunstancias es el mínimo, menor que en cualquiera de las formas anteriores de

funcionamiento, Sin embargo, la economía global, que incluye el costo de la separación y de la recirculación,

determinará cuál es el esquema global óptimo.

Figura 4. a) el mejor esquema de reactor múltiple, b) el mejor esquema cuando el reactivo no convertido puede ser

separado y recirculado