Formulario Tema 2

 

REACTORES QUÍMICOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA  

FORMULARIO TEMA 2

ECUACIONES DE DISEÑO REACTORES INTERMITENTES

REACCIONES DE ORDEN CERO 

Se dice que una reacción es de orden cero cuando la velocidad de reacción es independiente de la concentración de las sustancias, es decir cuando: - r A = 

dCA = k   dt

C

kt CA o

= 1 - 

CA

CA o

   para t <

Ao

K 

 

REACCIONES MONOMOLECULARES IRREVERSIBLES DE PRIMER ORDEN 

A   PRODUCTOS kt = ln

CAo CA

-r A = kCA 

 

REACCIONES REVERSIBLES DE PRIMER ORDEN 

k 1  A  rR, -r A = k 1CA - k 2CR , k 2   C A e    C  C -C A o  Ao Ae   ln  

M + r 1 -  k 1 t = 

M + r 

CA - CA e

donde CRo/CAo = M, CAe = Concentración en el equilibrio       1    a    n    i    g     á     P

 

REACTORES QUÍMICOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA  

REACCIONES MONOMOLECULARES IRREVERSIBLES DE SEGUNDO ORDEN 

A

-r A = kC kCA2 

  PRODUCTOS

 

kt CA o = 

CA o

 

-1

CA

REACCIONES BIMOLECULARES IRREVERSIBLES DE SEGUNDO ORDEN 

A + bB Para M 

 PRODUCTOS

-r A = kC kCACB

 

CBo  bCAo

CB   ktbCA o (M  1)  ln  bMC  bM CA

1

Para M  1

ktCBo 

CA o

 1 

CA

Para M ≈ 1 Se puede utilizar la expresión expresión anterior con CBo 

sustituido por (bCAo + CBo)/2.

REACCIONES BIMOLECULARES REVERSIBLES DE SEGUNDO ORDEN 

k 1 

k 1 

A + B  R + S; 2A k 2 

k 1 

k 1 

 R + S; 2A  2R; A + B  2R k 2  k 2  k 2 



    - (2 - 1) A e A e 2 k 1  1 - 1 t CA o = ln X X XA   X X X A Ae   A e  

considerando CAo = CBo; CRo = CSo = 0; XAe - conversión en el equilibrio.

REACCIONES TRIMOLECULARES IRREVERSIBLES DE TERCER ORDEN  Caso 1º        2    a

A+B+C

Para   CA o  C  Bo  CC o

  PRODUCTOS -r A = kC kCACBCC 

 

kt = 

1 (CA - CB )(CA - CC ) o

   n    i    g     á     P

o

o

. ln

Para   CA o = C  C o  CBo  

CB o

ln

CA o CA

+ 

1 (CB - CA )(CB - CC ) o

o

+ 

1

o

o

ln

Cc o

o

 

CB (CC o - CA o)(CC o - CB o) Cc (2 )( ) C C C C C A 2 Bo Ao Ao B CA   kt(2CBo - CA o ) =  + ln o CA o CB CA o CA

. 

 

REACTORES QUÍMICOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA  

Para   CA o = CBo = CC o  

Caso 2º 

Caso 3º 

2 kt = 

1 2 CA

1

- 

2

CA o

 

-r A = -2r B = kCA2CB

2A + B   PRODUCTOS

Para   CA o  2 CBo 

kt

Para   CA o = 2 CB o

kt = 

2

3A

2

(2 CBo - CA o ) = 

1 2

1

- 

(2 CBo - CA o)(CA o - CA) CA o CA

  PRODUCTOS

 

1 C

2 A

CB o CA CA o CB

 

 

2

CA CA o

2 kt = 

+ ln

1

-  C

2 Ao

-r A = kC kCA3 

 

ECUACIONES CINETICAS EMPIRICAS DE ORDEN n 

-r A = kC kCAn  CA1-n - C Ao1-n = (n-1)kt n1

REACCIONES IRREVERSIBLES EN PARALELO

El caso mas sencillo es el que A se descompone por dos mecanismos posibles k 1  A   R k 2  A

 S

 

-r A = (k 1 + k 2)CA; r R     = K 1CA; r S = k 2CA  R =       3    a

   n    i    g     á     P

- ln

CA CA o

= (k 1 + k 2) t

y

CR  - C R o CS - CSo

= 

k 1 k 2

 

 

REACTORES QUÍMICOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA  

REACCIONES HOMOGENEAS CATALIZADAS 

Se supondrá que la velocidad de reacción para un sistema homogéneo catalizado es igual a la suma de las velocidades velocidades de ambas reacc reacciones: iones: la no catalizada y la catalizada A

k 1 

 R

 

k 2  A+C

 R+C

 

-r A = k 1CA + k 2CACC  - ln

CA CA o

= (k 1 + k 2 CC) t = k observadat  

REACCIONES AUTOCATALITICAS 

Se denomina reacción autocatalitica aquella en la que uno de los productos actúa como catalizador. La reacción más sencilla es A + R   R + R -r A = -kCACR   kt (CA o + CR o) = ln

CR  / CR o CA / CA o

 

er

REACCIONES IRREVERSIBLES EN SERIE (1  Orden)  k 1  k 2  A    R    S

-r A = k 1CA; -r R     = k 2CR   - k 1CA; siendo CRo = CSo = 0 R = CA CA o

      4

= e- k 1 t ; 

CR  CA o

= 

k 1 e- k 1 t - e-k 2 t    k 2 - k 1

REACCIONES DE ORDEN CAMBIANTE 

   a

   n    i    g     á     P

Son aquellas en las que los datos se ajustan bien a un orden de reacción para

 

REACTORES QUÍMICOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA  

concentraciones concentracion es elevadas, y a otro orden de reacción para concentraciones bajas. Por ejemplo k  C - r A =  1 A  qu quee es de 1er  orden para CA  y de orden 0 para CA    1 + k 2 CA

CAo ln CA + k 2 (C A o - CA) = k 1 t  

REACTORES CONTINUOS

      5    a

   n    i    g     á     P

 

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      6    a

   n    i    g     á     P

 

REACTORES QUÍMICOS GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA  

REACTOR FLUJO PISTÓN CON RECIRCULACIÓN

donde 

Para



=0 

A

donde 

REGIMEN NO ESTACIONARIO

Si C 

 Aso

      7    a

   n    i    g     á     P

= 0