1
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
CONTENIDO
Reacciones múltiples
Diferencias con las reacciones simples
Rendimiento y selectividad
Información necesaria para transferir datos
Metodología
Esquemas básicos: serie, paralelo, independientes
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas
Determinación de componentes clave y su relación con los no clave
Relación entre velocidades de producción y velocidades de reacción
Agrupamiento de especies: lumping
Simulación de reactores para reacciones múltiples
Balances de materia
Balances de energía
TEMA 6. Reacciones múltiples
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
DIFERENCIAS ENTRE REACCIONES SIMPLES Y MÚLTIPLES
TEMA 6. Reacciones múltiples
-Una sola ecuación estequiométrica
- La velocidad de producción se relaciona
con la velocidad de reacción mediante el
coeficiente estequiométrico
- Análisis: sólo hay un componente
clave
- Simulación reactor: sólo un balance
de materia
-Varias ecuaciones estequiométricas: se
debe conocer más de un componente para
definir el sistema: Componentes clave
- La velocidad de producción se relaciona
con mas de una reacción
- Análisis: Relación de los no clave con los
clave
- Simulación Reactor: Más de 1 BM
sSrRbBaA
rR jj
dt
dNFdVRF
j
j
V
jj 0
componentejreaccioni
Ageneral
MmNnBbAar
SsRrBbAar
N
j
jji
01
22222
11111
A
A
j
j RR
R.S R.M
iji
R
i
j rR
1
2
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
DIFERENCIAS ENTRE REACCIONES SIMPLES Y MÚLTIPLES
TEMA 6. Reacciones múltiples
OBJETIVO EN REACCIONES SIMPLES:
Minimizar el tamaño para conseguir un cambio de composición
(seleccionar las variables, T, reactor, Cj0,)
OBJETIVO EN REACCIONES MÚLTIPLES:
Minimizar el tamaño para conseguir un cambio de composición
(seleccionar las variables, T, reactor, Cj0,) INVERSIÓN
Optimizar la distribución de productos: hacer máximo el
rendimiento del producto buscado CONSUMO DE REACTIVO,
SEPARACIÓN
Si las condiciones que minimizan el tamaño no hacen máximo el
rendimiento, ¿Cuál prevalece?
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
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AURORA SANTOS LOPEZ
DIFERENCIAS ENTRE REACCIONES SIMPLES Y MÚLTIPLES
TEMA 6. Reacciones múltiples
INFORMACIÓN NECESARIA PARA SIMULAR EL REACTOR CON
REACCIONES SIMPLES:
Estequiometría, ecuación cinética, datos termodinámicos, características y
parámetros del reactor, (TAMAÑO)
INFORMACIÓN NECESARIA PARA SIMULAR EL REACTOR CON
REACCIONES MÚLTIPLES:
Estequiometría, ECUACIONES CINÉTICAS, datos termodinámicos,
características y parámetros del reactor, (TAMAÑO y RENDIMIENTO)
Velocidad/es de producción del reactivo/s clave/s (ecuaciones cinéticas
de las reacciones en que intervienen) (TAMAÑO)
Distribución de productos con el/los reactivos clave (RENDIMIENTO)
3
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
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CLASIFICACION REACCIONES MULTIPLES
TEMA 6. Reacciones múltiples
REACCIONES EN PARALELO: el/los REACTIVOS GENERAN VARIOS
PRODUCTOS EN REACCIONES INDEPENDIENTES.
REACCIONES EN SERIE. EL PRODUCTO DE UN REACTIVO ES
REACTIVO DE OTROS PRODUCTOS
REACCIONES EN SERIE-PARALELO.
SA
RA
2
1
SRA 21
SRB
RBA
2
1
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AURORA SANTOS LOPEZ
DEFINICIÓN DE RENDIMIENTO de A al producto P
El reactivo A genera P directamente o través de un compuesto
intermedio.
TEMA 6. Reacciones múltiples
0A
P
Ap
N
pN /
0
0
A
AAA
N
NNXDR
..
1
A
P
AP R
pR
'
Rendimiento global de la operación
Rendimiento global relativo RENDIMIENTO
Rendimiento diferencial
A
AP
AAo
P
AP
XXN
pN
/
0
0
A
AAA
F
FFXCR
..
pPA .....
En RC. Fj en lugar de Nj
Tiene sentido hablar de
rendimiento en
reacciones simples?
4
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DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO GLOBAL A PARTIR DEL
RENDIMIENTO DIFERENCIAL en RD y RC (V, Q=cte)
TEMA 6. Reacciones múltiples
A
P
AP
R
R
'
dt
dCRRD
j
j :QV
CCRCSTR
jj
j
0:
)(:
QVd
dCRFP
j
j
AA
P
AP
CC
pC
0
/
AA
P
AP
CC
C
0 A
P
AP
dC
dC'
A
C
C
AP
AAAA
P
AP dC
CCCC
C A
A
000
1 '
1pSi
Y si es un reactor SC?
Y si Q no es cte?
En que reactores
valen y en cual no?
Como serían en ese
reactor
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DEFINICIÓN DE SELECTIVIDAD
TEMA 6. Reacciones múltiples
22
2
11
1
PpA
PpA
2
2
1
1
12
pN
pN
SP
P
Selectividad global
Selectividad diferencial
Utilidad: establecer valores de las variables de operación que optimizan la
selectividad
2
2
1
1
12
pR
pR
SP
P
'
En RC. Fj en lugar de Nj
5
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REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
SA
RA
2
1
Número de componentes clave: 2
Relacones estequiométricas:
Componentes clave 2: A y R; A y S; R y S
A
A
Ckr
Ckr
22
11
2
22
2
11
A
A
Ckr
Ckr
A
A
Ckr
Ckr
22
2
11
2
1
21
rR
rR
rrR
S
R
A
Ej
SRA RRR
SRA dNdNdN
SRA dFdFdF
)()( SoSRoRAoA FFFFFF
)()( SoSRoRAoA NNNNNN
)()( SoSRoRAoA FFFFFF
alumnos
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
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REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
SA
RA
2
1
A
A
Ckr
Ckr
22
11
AS
AR
AAA
CkR
CkR
CkCkR
2
1
21
AS
AR
AAA
Ckd
dC
Ckd
dC
CkCkd
dC
2
1
21
t
tkk
AS
t
tkk
AR
tkk
AA
A
A
deCkC
deCkC
eCC
kkC
CLn
0
02
0
01
0
21
0
21
21
21
)(
)(
)(
)(
)(
)(
21
21
1
1
0
21
2
0
21
1
kk
AS
kk
AR
eCkk
kC
eCkk
kC
= tiempo o V/Q
Si V (RD) o Q (FP) cte
Y si es un CSTR?
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t ó
CA
CR
CSn1=1 n2=1
n1=1 n2=1
Y si CRo o Cso no son
0?
n1=1 n2=1
6
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RENDIMIENTOS y SELECTIVIDADES
TEMA 6. Reacciones múltiples
21
1
21
1
0
0
0 kk
k
kk
k
CC
CC
CC
C
AA
AA
AA
R
AR
21
1'
1
1
kk
k
dC
dC
R
R
A
R
A
R
AR
SA
RA
2
1
AR
AAA
CkR
CkCkR
1
21
A
A
C
C
AAR
AAAA
R
AR dC
CCCC
C
0
'
00
1
A
A
R
AR X
kk
k
C
C
21
1
0
AA
PA
P X
2
1'12
k
k
R
R
sR
rR
SS
R
S
R
2
112
k
k
C
CS
S
R )(
1
02
01
2
1 12 EERTe
k
k
k
k
¿Varía la
selectivid
ad con
CAo?
¿Cómo
influye la
T en S ?
¿Varía la
selectivida
d con t o
?
n1=1 n2=1
¿Qué
cambiaría
si n1=n21
¿CSTR?
n1=1 n2=1
n1=n2=1
AAR Xkk
k
21
1/
XA
21
1// ',
kk
kARAR
2
1// ',
k
kSS ARAR
REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
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INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
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REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
SA
RA
2
1
A
A
Ckr
Ckr
22
2
11
AS
AR
AAA
CkR
CkR
CkCkR
2
2
1
2
2
1
AS
AR
AAA
Ckd
dC
Ckd
dC
CkCkd
dC
2
21
22
1
dCkdC
dCkdC
A
tC
S
A
tC
R
S
R
0
2
0
2
0
1
0
dCkCkdC AA
tC
C
A
A
A
)( 22
0
1
0
012
12
2
0
2
11
A
A
A
A
Ckk
CkkLn
kC
CLn
k
2)( ctbtatfCA
RD, FP (V, Q, ctes) =t, V/Q
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
tiempo
CA
CR
CS
n1=2 n2=1
n1=2 n2=1
21
21
1
2//
)1(ln
1
kCk
kXCk
k
k
CXX
Ao
AAo
Ao
AAARAR
)('21
1
2
2
1
2
1/ A
A
A
AA
AAR Cf
kCk
Ck
CkCk
Ck
Depende de
CA porque
n1n2
21
21
1
2/
0 21
1
0
//
)1(ln
11
1'
1
kCk
kXCk
k
k
CX
X
dXkCk
Ck
XdX
X
Ao
AAo
Ao
A
A
AR
X
A
A
A
A
X
AAR
A
AR
AA
Dependen de
CAo porque
n1n2
REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
n1=2 n2=1
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
21
21
1
2//
)1(ln
1
kXCk
kCk
k
k
CX
C
CCC
C
C
AAo
Ao
Ao
ARA
Ao
RAAo
Ao
SAS
8
)()1(
'2
1
2
1
2
2
1/ A
AAoA
A
ASR Cf
k
XCk
k
Ck
Ck
CkS
Depende de
CA porque
n1n2
21
21
1
2
21
21
1
2
/
//
)1(ln
1
)1(ln
1
kXCk
kCk
k
k
C
kCk
kXCk
k
k
CX
C
CS
AAo
Ao
Ao
Ao
AAo
Ao
A
AS
AR
S
RSR Dependen de
CAo porque
n1n2
1
)1(
1ln
11
)1(ln
1
21
212
1/
KX
KK
X
kXCk
kCkk
kCXS
A
A
AAo
Ao
AoASR
AoCk
kK
1
2
REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
n1=2 n2=1
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
max/ )(
0
AR
AX
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
2
4
6
8
10
SR/S
XA
K=1
K=0.5
K=0.1
1
)1(
1ln
1/
KX
KK
XS
A
ASR
11
ln
111 /
K
KKSX SRA
REACCIONES EN PARALELO
TEMA 6. Reacciones múltiples
n1=2 n2=1
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
21
21
1
2/
)1(ln
11
kCk
kXCk
k
k
CX
X Ao
AAo
Ao
A
A
AR
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00
1
K=1
R/A
XA
n1=2 n2=1
K CAo
Como influye
CAo
Como influye
T?
Si el producto
deseado es R. ¿Hay
que trabajar a alta
o baja CA?
¿ Es mejor CSTR o
FP?
9
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
TEMA 6. Reacciones múltiples
R
A
Ckr
Ckr
22
11
222
211
R
A
Ckr
Ckr
R
A
Ckr
Ckr
22
211
REACCIONES EN SERIE
SRA 21
22
11
kr
kr
Número de componentes clave: 2
Relaciones estequiométricas: (matriz reacciones-especies)
2
21
1
rR
rrR
rR
S
R
A
ARr 1
RAR RRRrr 12
Ej A y R claves S no clave
RAS RRrR 2
¿Relaciones entre cambio de moles (RD),
cambio de caudal molar (RC)?
¿Influye la cinética
en estas relaciones?
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
REACCIONES EN SERIE
TEMA 6. Reacciones múltiples
SRA 21
10
kAA eCC
21
21 )(
kk
kkLnM
RMAR CkCkenR 210 max
MkAARM eC
k
kC
k
kC 1
0
2
1
2
1
21
1
2121
211 )(
0
2
1
)(
0
2
1 kk
k
kkLnA
kk
kkLnk
ARM eCk
keC
k
kC
12
2
2
1
0
kk
k
A
RM
k
k
C
C
R
A
Ckr
Ckr
22
11
Si CRo≠0?
Si es un CSTR?
Si es otra cinética?
Si es una reacción reversible?
Si V o Q no son constantes?
)1(max
1
2 KK
Ao
R KC
C
k
kK
RC SC
tktkkk
CkC Ao
R 21
12
1 expexp
Demostración siguiente transparencia
00 21
21 MM kkR ekek
d
dC
10
Factor de Integración:
)exp()exp( tkItkCkCkdt
dCAoR
R2112
Iy)yIdx)x(fIdy(
Idx)x(gy)x(fdx
dyIdx
dx)x(fexpI)x(gy)x(fdx
dy
tktkkk
CkC Ao
R 21
12
1 expexp
Caso especial k1=k2=k
tktCkC AoR exp
REACCIONES EN SERIE
TEMA 6. Reacciones múltiples
R
A
Ckr
Ckr
22
11
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
SRA 21
10 12
12
1012
12
12
tkk
kk
Cktkk
kk
CkCtk Aot
t
AoR expexp)exp(
dttkCktkIC Ao
t
t
IC
ICRtR
tR)exp()exp(
)(
)( 11
0
20
21
2
1
2max
21
21max
21
12
1
)/ln(0
expexp
kk
k
AoRR
AoR
k
kCC
kk
kkt
dt
dC
tktkkk
CkC
)1(max
1
2 KK
Ao
R KC
C
k
kK
Caso especial k1=k2=k
e
CC
kt Ao
R maxmax
10 5 10 15 20
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
CR
ma
x/C
Ao
K=k2/k
1
Si K CR max/CAo
REACCIONES EN SERIE
TEMA 6. Reacciones múltiples
R
A
Ckr
Ckr
22
11
Modifica la Tª en máximo valor de R?
¿ Como?
Influye CA en este máximo?
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
¿en que casos
se puede aplicar
esta ecuación?
11
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
tiempo
CA
CR
CS
n1=1 n2=1
-2 0 2 4 6 8 101214161820222426
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
R
tiempo
- RA
RR
RS
n1=1 n2=1
0 4 8 12 16 20 24-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1
tiempo
R/A
R/A
n1=1 n2=1
Ejemplo
CAo=1
k1=0.5
k2=0.25
REACCIONES EN SERIE
TEMA 6. Reacciones múltiples
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
EJERCICIO:
COMPARACION REACCIONES EN SERIE REACTOR CSTR-FP
SRA 21
R
A
Ckr
Ckr
22
11
tktkkk
k21
12
1 expexp
tktkkk
CkC AoR 21
12
1 expexp
1
0k
AA eCC
Número de componentes clave: 2
Relaciones estequiométricas: (matriz reacciones-especies)
2
21
1
rR
rrR
rR
S
R
A
ARr 1
RAR RRRrr 12
Ej A y R claves S no clave
RAS RRrR 2
FP
0)()( SRoRAAoS CCCCCC
0RoC
MkAARM eC
k
kC
k
kC 1
0
2
1
2
1
12
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
EJERCICIO:
COMPARACION REACCIONES EN SERIE REACTOR CSTR-FP
SRA 21
R
A
Ckr
Ckr
22
11
0)/(
)( QVd
dCQ
V RM
)1)(1(1
21
1
2
1
1 QVkQ
Vk
QVk
C
C
Ck
QVk
Ck
C
Q
V
Ao
R
RAo
R
QVk
CC
Ck
CC
R
CC
Q
V AA
A
AA
A
AA
1
0
1
00
1
CSTR (Q CTE)
M
ARMARMRRM
QV
k
kk
CkCC
k
kCRC
)(0
2
12
01max
2
1
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
Ejemplo
CAo=1
k1=0.5
k2=0.25
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
0 5 10 15 20 25 30
COMPARACION SERIE: CSTR-FP
CA FP CR FP CS FP CA CSTR CR CSTR CS CSTR
R
A
Ckr
Ckr
22
11
Que reactor es más
conveniente si se busca el
máximo rendimiento a R?
13
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0 5 10 15 20 25 30
R
/A
V/Q
FP
Rend G Cao 1
Rend G Cao2
k1=0.5
k2=0.25
n1=n2=1
SRA 21
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0 5 10 15 20 25 30
R
/A
V/Q
FP
Rend G Cao 1
Rend G Cao2
k1=0.5
k2=0.25
n1=2 n2=1
Ejemplo
k1=0.5
k2=0.25
SRA 21
14
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0 5 10 15 20 25 30
R
/A
V/Q
FP
Rend G Cao 1
Rend G Cao2
k1=0.5
k2=0.25
n1=1 n2=2
Ejemplo
k1=0.5
k2=0.25
SRA 21
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00
R
/A
V/Q
A->R ->S
F R/A FP CAO=2
F R/A CSTR CAO=2
F R/A FP CAO=1
F R/A CSTR CAO=1
n1=1 n2=2
Ejemplo
k1=0.5
k2=0.25
SRA 21
15
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Si se busca el máximo rendimiento relativo a R y la reacción es en paralelo
(reactor isotermo)
Si n1=n2 ¿es mejor CSTR o FP?
Si n1>n2 ¿es mejor CSTR o FP?
Si n1<n2 es mejor CSTR o FP?
Si se elige CSTR, ¿Cuál es
el inconveniente? Y si hay dos reactivos A y B?
(Levenspiel, Fogler)
Figuras 4.2 y 4.3
Metcalfe
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Y si hay dos reactivos A y B en reacciones en
pararelo? (Levenspiel, Fogler)
16
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
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Y si hay dos reactivos A y B en reacciones en
pararelo? (Levenspiel, Fogler)
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA
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TEMA 6. Reacciones múltiples
Reacciones independientes
Reacciones serie/paralelo
17
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Conocidas las especies químicas:
Etapas:
1- Determinar los componentes clave: matriz elementos-especies
2.- Formulación del esquema de reacción: Reacciones de filiación que se obtienen
por consideraciones químicas y/o análisis bibliográfico, estudios complementarios…
3- Determinación de los parámetros cinéticos
TEMA 6. Reacciones múltiples
Si no se conoce el esquema de reacción.
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas
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Conocidas las especies químicas:
0021
6000
2111
010
224
001
622224HCCCOCO
O
H
C
HOHCH
Ejemplo: En la gasificación de metano con vapor de agua aparecen las especies
siguientes, con la que la matriz B es:
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas TEMA 6. Reacciones múltiples
Si no se conoce el esquema de reacción.
18
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Etapa:1- Determinar los componentes clave: matriz elementos-especies (B)
1243
0021
2111
100
010
001
622224
HCCCOCO
O
H
C
HOHCH
Expresión de la matriz B en forma escalonada reducida
Rango=3
C. Clave=7-3=4
6222
22
6224
243
2
2
HCCCOCOH
COCOOH
HCCCOCOCH
nnnnn
nnn
nnnnn
Relación de los No
clave con los Clave
NC CC
S
j
jkj Bmatrizfilakn1
)(0 jojtj nnn
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas Si no se conoce el esquema de reacción.
En
Reactores
Continuos
Fj
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FORMULACIÓN DEL ESQUEMA DE REACCIÓN
TEMA 6. Reacciones múltiples
A partir de las especies químicas que toman parte en la
reacción escribir las reacciones de filiación:
Conocimientos de química
Construcción de matrices de coeficientes estequiométricos a
partir de la matriz elementos/especies
Estudio bibliográfico para eliminar las que no tienen lugar
en las condiciones de operación.
Realizar estudios experimentales complementarios
Método de aislamiento.
Análisis cualitativo del transcurso de reacción: máximos,
Si no se conoce el esquema de reacción.
19
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Ejemplo: propuesta de reacciones independientes en la gasificación de metano
2624
22
222
224
2
3
HHCCH
OHCHCO
HCOOHCO
HCOOHCH
-Las reacciones deben ser independientes
Rango de la matriz reacciones-especies=Componentes Clave (CC)
-No todas las reacciones pueden tener importancia. Si algunas se producen a velocidad
insignificante:
Disminuye el nº de reacciones y de CC a considerar.
-Si se conocen las reacciones que se producen a velocidad significativa:
CC a considerar=Reacciones independientes significativas
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas
Si no se conoce el esquema de reacción.
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Casos Complejos: No es posible determinar todas las especies.
TRATAMIENTOS SIMPLIFICADOS: Técnicas de Lumping o agrupamiento de
especies.
A: Gasoil
R: Gasolina
S: Productos indeseables
Ejemplo: Craqueo de gasoil
A R craqueo
S
Mejora: agrupar especies que se comporten de forma similar. A se divide en
AP: Parafinas
AA: Aromáticos
AN: Nafténicos
S se divide en
SP: Indeseados Pesados
SL: Indeseados Ligeros
Otros Ejemplos: Oxidación de hidrocarburos:
Productos lumping: Alcoholes, Peróxidos, Cetonas, ácidos
TEMA 6. Reacciones múltiples Formulación de esquemas a partir de las especies químicas
20
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MATRIZ
• : REACCIONES (i)- ESPECIES (j)
• T: ESPECIES-REACCIONES; relación velocidades de
producción de los no clave con los clave.
Numero de compuestos clave:
Rango Nº reacciones independientes
TEMA 6. Reacciones múltiples
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas
Si se conoce el esquema de reacción.
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Esquema de reacción conocido;
Ejemplo
Producción biodiesel por reacción de
transesterificacion de aceite
vegetales
ESQUEMA DE REACCION
GMEMeOHMG
MEMGMeOHDG
MEDGMeOHTG
3
2
1
TG: Triglicéridos
DG: Diglicéridos
MG: Monoglicéridos
ME: Metil ésteres
G: Glicerol o glicerina
MeOH: Metanol
Matriz T
MEGkMeOHMGkMEMGkMeOHDGkrrR
MEMGkMeOHDGkMEDGkMeOHTGkrrR
MEDGkMeOHTGkrR
MG
DG
TG
332232
221121
111
100
111
111
110
011
001
321
G
MeOH
ME
MG
DG
TG
1i
iijj rR
Rango matriz =3
3 reacciones independientes, 3 CC
Ejemplo: Compuestos clave
TG, DG, MG
TEMA 6. Reacciones múltiples
Relación entre especies clave-no clave
21
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Compuestos clave
TG, DG, MG
De la Matriz T
3GG
321MeOHMeOH
321MEME
32MGMG
21DGDG
1TGTG
rRR
rrrRR
rrrRR
rrRR
rrRR
rRR
MGDGTGMG23
DGTGDG12
TG1
RRRRrr
RRRrr
Rr
MGDGTG3G
GGTG321MeOH
GGTG321ME
23
23
RRRrRRRRrrrR
RRRrrrR
CLAVECCCLAVENOCCRELACION
MD
MD
REACCIONES COMPLEJAS: COMPUESTOS CLAVE-NO CLAVE
Relación entre compuestos clave-no clave
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REACCIONES COMPLEJAS: COMPUESTOS CLAVE-NO CLAVE
Relación Rj-Cj: Balance Materia j
Ej: reactor CSTR
𝑭𝒋 = 𝑹𝒋𝑽
MGDGTGG
GGTGMeOH
GGTGME
ΔΔΔΔ
ΔΔ2Δ3Δ
ΔΔ2Δ3Δ
FFFF
FFFF
FFFF
MD
MD
𝑭𝑻 = 𝑭𝒋 𝑸 = 𝒄𝒕𝒆 𝑭𝑳 𝑸 = 𝒇 𝑭𝑻 𝒆𝒏 𝑭𝒈𝒂𝒔 𝑪𝒋 =𝑭𝒋
𝑸
¿ En RD?
¿En FP?
3 BM (C. CLAVE)
Relación del cambio de los no clave con los clave
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TEMA 6. Reacciones múltiples
INTERPRETACIÓN DE DATOS Matriz elementos-especies químicas: determinar el número de
componentes clave y establecer su relación con el resto de componentes.
Esquema de reacción: establecer la relación entre velocidades de
producción de los reactantes clave y las velocidades de reacción.
Velocidades de reacción: proponer modelos cinéticos de cada una de
las reacciones del esquema.
Datos experimentales: identificar el modelo que mejor se ajusta
Seleccionar el modelo
Determinar los parámetros
Conocer su precisión
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TEMA 6. Reacciones múltiples
SIMULACION DE REACTORES
Balances de materia de los componentes clave en el reactor
Balance de Calor si no es isotermo
Balance de cantidad de movimiento si P no es constante
Resolución simultánea de los balances de materia, calor y c.d.m
Trabajo voluntario: para un ejemplo de los siguientes (u otro propuesto por
el alumno) plantear el modelo de simulación del reactor:
EJEMPLOS: DESHIDROGENACION Y DESHIDRATACION CICLOHEXANOL
Reaccion 1: endotérmica Reacción 2: endotérmica
EJEMPLOS: GASIFICACION DE METANO Y REACCION DE WATER SHIFT
Reaccion 1: endotérmica Reacción 2: exotérmica
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INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
Plantear la Simulación de la evolución de las especies y la T en
REACTOR CONTINUO (FP)
ENTRADA CHL (90%)+inerte N2 (1O%). Considerar Po cte
CALCULAR LOS FLUJOS y PRESIONES PARCIALES DE TODAS LAS
ESPECIES EN FUNCION DE LOS CLAVE (CHL, CHN):
Si operase adiabáticamente ¿Cómo plantear el balance de calor?
¿es conveniente la operación adiabática?
¿Cómo podríamos modificar la selectividad a ciclohexanona?
ESQUEMA DE REACCION
OHHCOHC
HOHCOHC
21062
126
21061
126
EJERCICIO: EJEMPLO CON CAMBIO DE VOLUMEN (FASE GAS)
DESHIDROGENACION Y DESHIDRATACION CICLOHEXANOL
CHL Ciclohexanol
CHN Ciclohexanona
CHE Ciclohexeno
H Hidrógeno
W Agua
N: N2 inerte
Ejemplo considerar cinéticas de reacciones elementales (emplear
presiones parciales)
Ambas reacciones endotérmicas
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR
AURORA SANTOS LOPEZ
Plantear la Simulación de la evolución de las especies y la T en
REACTOR CONTINUO (FP)
ENTRADA yCH4o + yH2Oo =1 (no inertes) Considerar P cte
CALCULAR LOS FLUJOS y PRESIONES PARCIALES DE TODAS LAS
ESPECIES EN FUNCION DE LOS CLAVE (CH4, CO):
Si operase adiabáticamente ¿Cómo plantear el balance de calor?
¿es conveniente la operación adiabática?
¿Cómo podríamos modificar la selectividad a CO?
ESQUEMA DE REACCION
EJERCICIO: EJEMPLO CON CAMBIO DE VOLUMEN (FASE GAS)
Gasificación de Metano a gas de síntesis
Ejemplo considerar cinéticas de reacciones elementales
(emplear presiones parciales)
Reacción 1 endotérmica
Reacción 2 Exotérmica
222
224 3
HCOOHCO
HCOOHCH