4ta expo de cinetica.pptx

7/25/2019 4TA EXPO DE CINETICA.pptx

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DISEÑO PARA

REACCIONES MÚLTIPLES

Integrantes:• ALONSO TUESTA• RAFAEL RAMOS BORJAS• CHRISTIAN MORENO CALIXTO• JUAN CARLOS QUISPE ROJAS



PLANTEAMIENTO GENERAL PARAREACCIONES MÚLTIPLES

REACCIN

MÚLTIPLE

Ne!es"ta #$s %e &na e'(res")n!"n*t"!a (ara %es!r"+"r s&!,#(,rta#"ent,-

Para e. an$."s"s %e .as rea!!",nes #/.t"(.es!,ns"%erare#,s a estas !,#, .a !,#+"na!")n %e %,st"(,s 0&n%a#enta.es %e rea!!",nes: rea!!",nes enparalelo 1 rea!!",nes en serie-

P,ster",r#ente se se.e!!",nar$ &n %eter#"na%, s"ste#aser"e2(ara.e., 1 3ere#,s !)#, s& !,#(,rta#"ent, estareg"%, (,r s&s rea!!",nes !,#(,nentes-



En las reacciones en paralelo (también denominadas reacciones competitivas) el

reactivo se consume en dos reacciones diferentes para formar productos diferentes

Por ejemplo:

Un ejemplo de importancia industrial con reacciones en paralelo es la

oxidación de etileno a óxido de etileno, evitando la combustión completa del

etileno a dióxido de carbono y agua



En las reacciones en serie, también denominadas reacciones consecutivas, el

reactivo forma un producto intermedio, !ue posteriormente reacciona para

producir un nuevo producto

Un ejemplo de reacciones en serie es la reacción de óxido de etileno con

amoniaco para formar mono", de", y trietanolamina



A 5 B C 5 D

A 5 C E

C6H7OH C6H8 5 H6O

C6H7OH CH9CHO 5 H6

C6H8 5 CH9CHO C8H 5 H6O

#as reacciones m$ltiples implican generalmente la combinación de

reacciones en serie y paralelo, como por ejemplo:

Un ejemplo de combinación de reacciones en serie"paralelo es la

formación de butadieno a partir de metanol



A B

C D 5 E

#as reacciones independientes son del tipo:

El cra!ueo de petróleo crudo para formar gasolina es un ejemplo donde

tienen lugar reacciones independientes



PARA EL PLANTEAMIENTO DE REACCIONESMÚLTIPLES CONSIDERAREMOS: ES MAS CON;ENIENTE OPERAR CON CONCENTRACIONES QUE CON

CON;ERSIONES- PARA DETERMINAR LA DISTRIBUCIN DEL PRODUCTO SE ELIMINA LA

;ARIABLE TIEMPO< DI;IDIENDO UNA ECUACIN CIN=TICA ENTRE OTRA-

SE DEDUCEN LAS ECUACIONES QUE RELACIONAN LAS ;ELOCIDADES DECAMBIO DE CIERTOS COMPONENTES DEL SISTEMA CON RESPECTO ALOS OTROS-

AS>< SE TENDR?N DOS TRATAMIENTOS ANAL>TICOS DIFERENTES:

@ PARA DETERMINAR EL TAMAÑO DEL REACTOR- @ PARA LA DISTRIBUCIÓN DEL PRODUCTO-

TAMBI=N SE CONSIDERARA EN EL AN?LISIS QUE LOS EFECTOS DEEXPANSIN SON DESPRECIABLES< -



%onsideraremos en primer lugar las reacciones en paralelo &on de particular interés a!uellos reactivos !ue se consumen con la

formación de un producto deseado, ', y un producto indeseado, U,

como resultado este $ltimo da una reacción competitiva

En la siguiente reacción



ueremos minimiar la formación de U y maximiar la formación de ',

ya !ue cuanto m*s producto indeseado tengamos, mayor ser* el costo de

separación de éste de la mecla de reaccionante



+ormalmente , a medida !ue el costo del sistema de reacción se incrementa,

con el fin de minimiar el producto indeseado U,

el coste generado por el trabajo de separación de esta especie disminuye

En estos casos se alcana un punto económico óptimo correspondiente

al punto de corte de los costos de reacción y separación



ESTUDIO CUALITATI;O ACERCADE LA DISTRIBUCIN DE

PRODUCTOS CONSIDERAMOS LA DESCOMPOSICIN DE A POR

CUALQUIERA DE LOS DOS MECANISMOS SIUIENTES:

CON LAS ECUACIONES CIN=TICAS CORRESPONDIENTES:

deseado)no(producto

deseado)(producto

,

-

S A

R A

k

k

→

→

,

-

,

-

a

A

S

S

a

A

R

R

C k dt

dC r

C k dt

dC r

==

==



DI;IDIENDO ESTAS ECUACIONES< OBTENEMOS UNA MEDIDARELATI;A DE LAS ;ELOCIDADES DE FORMACIN DE R S

%esea#,s &e esta re.a!")n sea ., #as (e&eGa (,s"+.e-CA es e. /n"!, 0a!t,r &e (,%e#,s a&star 1 !,ntr,.ar K< 6< aK 1 a6 s,n !,nstantes (ara &n s"ste#a %eter#"na%, 1 a &na

te#(erat&ra %a%a 1 (,%e#,s #antener CA en &n 3a.,r +aa%&rante &n trans!&rs, %e .a rea!!")n (,r &n, %e .,s #*t,%,ss"g&"entes:



EMPLEANDO UN REACTOR DE MECLA COMPLETA<MANTENIENDO CON;ERSIONES ALTAS< AUMENTANDO LA

CANTIDAD DE INERTES EN LA ALIMENTACIN< O DISMINUENDOLA PRESIN EN UN SISTEMA EN FASE ASEOSA- POR ELCONTRARIO< PODEMOS MANTENER CA EN UN ;ALOR ALTOEMPLEANDO UN REACTOR DISCONTINUO O UN REACTOR DEFLUJO PISTN< MANTENIENDO CON;ERSIONES BAJAS<ELIMINANDO INERTES EN LAS CORRIENTES DE ALIMENTACIN<O AUMENTANDO LA PRESIN EN EL LOS SISTEMAS DE FASE

ASEOSA-



CONTROL DE DISTRIBUCIN DE

PRODUCTOS ;ARIANDO 6KPUEDE HACERSE SEÚN:

• ;ARIANDO T DE OPERACIN-

• UTILIANDO CATALIADOR SELECTI;IDAD



MODELO DE CONTACTO ADECUADOPARA OBTENER DISTRIBUCION

FA;ORABLE DE PRODUCTOS• CUANDO SE TRATA CON MAS DE UN REACTI;O< SE PUEDEN

OBTENER COMBINACIONES DE CONCENTRACIONES ALTAS O BAJASCONTROLANDO LA CONCENTRACIN DE LAS CORRIENTES DEALIMENTACIN< MANTENIENDO CIERTOS COMPUESTOS EN EXCESO

U OTRAS FORMAS SEÚN:



REACCIONES EN PARALELO

EJEMPLO:

PARA LAS REACCIONES COMPETITIVAS EN FASE L!UIDA :

CALCÚLESE LA FRACCIÓN DE IMPURE"A EN LA CORRIENTE

DE PRODUCTO PARA LA CONVERSIÓN DEL #$ % DE A & BPUROS' (LAS CONCENTRACIONES DE CADA UNO SON )$MOLAR* :

A* PARA FLUJO EN PISTÓN+

B* PARA FLUJO EN ME"CLA COMPLETA+



SOLUCIN

A) FLUJO EN PISTÓN:

CON REFERENCIA AL ESQUEMA DE LA FI- 2E6A< TENIENDO EN CUENTA

QUE LA CONCENTRACIN DE PARTIDA DE CADA REACTANTE EN LAALIMENTACIN COMBINADA DE ENTRADA ES CA CB K MOLL< QUECA CB EN CUALQUIER PUNTO< A PARTIR DE LA EC- 2 TENEMOS:

POR LO TANTO: IMPUREAS EN EL PRODUCTO R2S K -

•



SOLUCIN

B) FLUJO EN MEZCLA COMPLETA. CON REFERENCIA AL ESQUEMA

DE LA FI- 2E6< A PARTIR DE LA EC- 2TENEMOS :

POR LO TANTO: IMPUREAS EN EL PRODUCTO R 2S 7 -



OTRO EJEMPLO:

CONDICIONES DE OPERACIÓN MAS ADECUADAS PARA REACCIONES ENPARALELO:

• CASI SIEMPRE LA REACCIN DESEADA ;A ACOMPAÑADA DE ;ARIAS REACCIONESLATERALES NO DESEADAS< UNAS DE ORDEN MAOR OTRAS DE ORDEN MENOR- PARAENCONTRAR QUE TIPO DE OPERACIN CONDUCE A LA MEJOR DISTRIBUCIN DELPRODUCTO< CONSIDEREMOS EL CASO MAS SENCILLO< LA DESCOMPOSICIN ENPARALELO DE A < CA6

• CALCÚLESE EL ;ALOR M?XIMO DE CA PARA CONDICIONES ISOT=RMICAS

• A EN UN REACTOR DE MECLA COMPLETA

• B EN UN REACTOR DE FLUJO EN PISTN

•

C EN UN REACTOR ELEIDO LIBREMENTE SI EL REACTANTE A QUE NO HAREACCIONADO PUEDE SEPARARSE DE LA CORRIENTE DE PRODUCTO RETORNAR A LAALIMENTACIN< CON CA 6-



SOLUCIN• COMO S ES EL PRODUCTO DESEADO PONDREMOS LOS

RENDIMIENTOS FRACCIONALES EN FUNCIN DE A- AS>:



SOLUCIN A) REACTOR DE MEZCLA COMPLETA:

LA CANTIDAD M>NIMA DE S SE FORMA CUANDO EL RECT?NULO

BAJO LA CUR;A DE FRENTE A CA TIENE EL ?REA M?XIMA- LASCONDICIONES NECESARIAS PUEDEN CALCULARSE R?FICAMENTEHACIENDO M?XIMA EL ?REA DEL RECT?NULO< O BIENANAL>TICAMENTE- COMO SE DISPONE DE EXPRESIONES EXPL>CITASSENCILLAS PARA LAS DISTINTAS MANITUDES< UTILIAREMOS ELM=TODO ANAL>TICO- ENTONCES< A PARTIR DE LAS ECS- 2K 2K9 CALCULAMOS EL ?REA DEL RECT?NULO:



SOLUCIN

• REACTOR DE FLUJO EN PISTÓN: LA PRODUCCIN DE S ES M?XIMA

CUANDO EL ?REA BAJO LA CUR;A DE FRENTE A CA ES M?XIMA- ESTOOCURRE PARA LA CON;ERSIN DEL K DE A- POR CONSIUIENTE< APARTIR DE LAS ECS- 2 2K9 TENEMOS:

CSF- < PARA UN CAF

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