UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

VICE-RECTORADO DE INVESTIGACION

INSTITUTO DE INVESTIGACION DE LA FACULTAD DEINGENIERIA QUIMICA

Informe Final del Proyecto de Investigación Titulado:

TEXTO: " INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUIMICAS II"

(CATALÍTICAS Y NO CATALÍTICAS)

Investigador Responsable:

Ingº LEONARDO FELIX MACHACA GONZALES

Aprobado por : Resolución Rectoral Nº 1098 -2009 - RPeriodo de ejecución: Inicio : 01 de Octubre 2009

Termino : 30 de Setiembre 2011

CALLAO, SETIEMBRE DEL 2011

INDICE

Página

RESUMEN 4

I. INTRODUCCION 5

1.1. Planteamiento del Problema 6

1.2. Objetivos de la Investigación 6

1.2.1. Objetivo General 6

1.2.2. Objetivos específicos 6

1.3. Importancia, y Justificación de la Investigación 7

1.4. Formulación de la Hipótesis 9

II. MARCO TEORICO 10

2.1. Catálisis 10

2.2. Cinética de las Reacciones Heterogéneas Catalíticas Gas- Sólido 13

2.3. Interpretación de Datos Cinéticos. 15

Reactores catalíticos de laboratorio 17

2.4. Análisis y Diseño de Reactores Heterogéneos Catalíticos 19

2.5. Pérdida de Actividad de Catalizadores 22

2.6. Cinética de las Reacciones Heterogéneas No Catalíticas Gas- Líquido 23

2.7. Análisis y Diseño de Reactores Heterogéneos No Catalíticos Gas- Líquido 25

2.8. Cinética de las Reacciones Heterogéneas No Catalíticas Gas- Sólido 27

2.9. Análisis y Diseño de Reactores Heterogéneos No Catalíticos Gas- Sólido 31

III. MATERIALES Y METODOS 39

3.1 Materiales 39

3.2. Métodos 39

IV. RESULTADOS 40

V. DISCUSIÓN 41

VI. REFERENCIALES 42

VII. APÉNDICE 43

RESUMEN.-

Se ha elaborado y redactado un texto universitario titulado “Ingeniería de

las Reacciones Químicas II (Catalíticas y No Catalíticas)” dirigido a estudiantes

de la Facultad de Ingeniería Química y a los novicios en diseño de reactores en

los procesos industriales como material de consulta para su aplicación a un

hecho real que les oriente a diseñar y a construir reactores detallando de una

manera didáctica y ordenada sobre los simples elementos, para obtener

soluciones significativas a las complejas realidades de los reactores químicos

que se presentan en los procesos de transformación industriales.

El texto consta de diez capítulos, y se presentan en cada capítulo el

desarrollado de una manera explícita con lenguajes ingeniriles entendibles y de

formas específicas enfocando los fundamentos de diseño y el procedimiento de

diseño de los reactores heterogéneos catalíticos y no catalíticos.

La carencia de textos especializados en análisis y diseño de reactores

heterogéneos catalíticos y no catalíticos que incluyen los fundamentos y

procedimiento de diseño para los estudiantes de nuestra facultad y de otras

universidades donde se imparten la asignatura de ingeniería de las reacciones

químicas II, me han animado estructurar un texto, motivado por los años que

tengo a mi cargo en el dictado del curso de Ingeniería de las Reacciones

Químicas II.

La estructuración del texto se presenta en el índice.

I. INTRODUCCIÓN.-

A los literatos y novelistas les es familiar el relato de un hecho en varias

decenas de volúmenes haciendo tan larga y compleja la historia de un hecho tan

corto y simple.

La ingeniería de las reacciones químicas catalíticas y no catalíticas y en

particular la catálisis y sus aplicaciones son en verdad tan compleja y la visión

del profesor tan primitiva que me apresuro a solicitar la piadosa comprensión

de los reyes que trabajan en el campo de los reactores químicos reales. Mi

experiencia en la viña de los reactores industriales y los años que vengo

dictando la asignatura de Ingeniería de las Reacciones Químicas II me han

persuadido que este texto universitario motivo de investigación titulado

“Ingeniería de las Reacciones Químicas II” esta diseñado para estimular a los

estudiantes de la Facultad de Ingeniería Química, y a los novicios en diseño de

reactores en los procesos industriales como material de consulta para su

aplicación a un hecho real que les oriente a diseñar y a construir reactores

detallando de una manera didáctica y ordenada sobre los simples elementos,

para obtener soluciones significativas a las complejas realidades de los reactores

químicos que se presentan en los procesos de transformación industriales.

Un compendio de ingeniería de las reacciones químicas catalíticas y no

catalíticas en la gran mayoría de los libros son tan voluminoso y complejos,

hechos por reyes o filósofos en la materia que pareciera ser carente, y estar fuera

del alcance de los estudiantes de pregrado y de los ingenieros junior en

ejercicio, me han animado a tomar la decisión de estructurar un libro en 10

capítulos con los fundamentos seleccionados y sus respectivas ilustraciones

para su mejor comprensión.

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.-

Teniendo en cuenta a la descripción inicial del objeto de investigación se

podrá plantear siguiente pregunta:

¿Cómo desarrollar un texto universitario cuya didáctica oriente adecuadamente

a los estudiantes de ingeniería química en el campo de la ingeniería de las

reacciones químicas catalíticas y no catalíticas?

Es un sistema problemático constituido por un problema científico.

1.2. OBJETIVOS Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN.-

1.2.1. OBJETIVO GENERAL.

Escribir un texto universitario que sirva como material bibliográfico y de

consulta cuya didáctica oriente a los alumnos de Ingeniería Química adquirir

los conocimientos fundamentales en el campo de la ingeniería de las reacciones

químicas catalíticas y no catalíticas.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Recopilar información bibliográfica actualizada y seleccionarlos para la

estructuración del texto.

Analizar, clasificar y procesar la información básica para iniciar el desarrollo

del texto.

Desarrollar los capítulos del texto detallando los fundamentos de la

ingeniería de las reacciones químicas catalíticas y no catalíticas.

Desarrollar el análisis y diseño de reactores heterogéneos catalíticos y no

catalíticos.

Preparar y presentar el texto.

1.2.3. ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN

De acuerdo con la naturaleza del problema y teniendo en cuenta los

objetivos planteados, el presente trabajo de investigación esta diseñado para

usarse como un texto a nivel de licenciatura de los estudiantes de la Facultad de

Ingeniería Química, tanto a nivel de postgrado en ingenierías de las reacciones

químicas, y como material de consulta de los profesionales que trabajan en

diseño de reactores en los procesos industriales.

Los resultados de la investigación se pueden aplicar en beneficio de la

población estudiantil de Ingeniería Química y ramas afines, ya que permitirá

dotarle de un material bibliográfico con una información adecuada a los

requerimientos actuales y accesibles a sus recursos económicos.

1.3. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN.

1.3.1. IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN.

La importancia del trabajo de investigación radica en los siguientes

aspectos:

1. Facilitar el proceso de enseñanza - aprendizaje en la formación profesional de

estudiantes universitarios a nivel de pre-grado, y postgrado quienes se

desempeñaran en el campo de los procesos de transformaciones industriales

2. Desarrollar un entendimiento fundamental de la ingeniería de las reacciones

químicas catalíticas y no catalíticas para que los estudiantes practiquen sus

habilidades de razonamiento crítico y creativo y puedan solucionar problemas

reales que se presentan en los procesos industriales.

3. Aportar un valioso instrumento de consulta en la formación profesional del

Ingeniero Químico y de especialidades afines como ingeniería industrial,

ingeniería de procesos, ingeniería de petróleo, ingeniería ambiental ya que se

presentará en forma ordenada y secuencial los fundamentos y procedimientos

de diseño de reactores catalíticos y no catalíticos.

1.3.2. JUSTIFICACIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN.

1. El texto universitario diseñado aportará los conocimientos fundamentales en

la formación del Ingeniero Químico y su posibilidad de incorporarse en el

campo de la ingeniería de las reacciones químicas. Asimismo adiestra a los

estudiantes de Ingeniería Química en el diseño de reactores químicos catalíticos

y no catalíticos.

2. Al investigar en las literaturas existentes (artículos publicados), no hay textos

universitarios materia de investigación, donde mencionen los fundamentos y

procedimientos de diseño de reactores químicos catalíticos y no catalíticos tan

explicito y comprensivo para un novicio o principiante en ingeniería de la

reacciones químicas catalíticas y no catalíticas.

3. Un compendio de ingeniería de las reacciones químicas catalíticas y no

catalíticas será un medio complementario a la formación que se brinda en el

aula, que sirva como orientación en el estudio y reforzamiento de las

enseñanzas brindadas por el profesor, lo cual significará un valioso aporte para

los alumnos de Ingeniería Química.

4. En la bibliografía hispana no existe un texto similar al que se propone en el

presente trabajo de investigación, que se ocupe de los fundamentos y

procedimiento de diseño de los reactores químicos catalíticos y no catalíticos en

forma detallada y sucinta, siendo éstos lo que diferencian de los otros textos

universitarios existentes.

Cabe mencionar que no se pretende escribir un libro más sobre el tema,

sino puntualizar mas en los fundamentos y procedimientos de diseño de

reactores químicos heterogéneos catalíticos y no catalíticos y sus aplicaciones en

los diversos procesos de transformación industriales, lo que no se encuentra en

bibliografía nacional y en idioma español en general.

Dentro del análisis descrito, se publican textos sobre ingeniería de las

reacciones químicas catalíticas y no catalíticas, entre los más conocidos tenemos:

1.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS

El desarrollo del TEXTO: “Ingeniería de las Reacciones Químicas II”,

bien elaborado unificando los fundamentos y procedimiento de diseño de

reactores químicos catalíticos y no catalíticos, nos permitirá orientar la

enseñanza - aprendizaje de modo que los estudiantes adquieran conocimientos

y habilidades, en la aplicación de diseño de reactores químicos en los procesos

de transformación en la industria química.

II. MARCO TEÓRICO.-

En ésta sección, se describen las pautas teóricas donde se

mencionan en forma secuencial los temas de los capítulos que

comprenden el texto.

2.1. CATÁLISIS [5,8,9].

Describe el fenómeno que

ocurre entre el fluido

reaccionante y la sustancia

llamado catalizador los cuales

afectan a la velocidad de la

reacción total del proceso.

El catalizador es la sustancia

que altera a la velocidad de

reacción, pero NO A LA TERMO- Figura Nº 1. Conversión- tiempo

DINÁMICA es decir el catalizador disminuye el tiempo de reacción para llegar

al equilibrio pero no cambia el equilibrio de la reacción.

Para una reacción reversible:

A + B C + D

En el equilibrio:

2

2

K

KKeq (1)

K2

K-2

XAe

trxn

Con catalizador

Sin catalizador

Por termodinámica:

2

2

K

KRTLnRTLnKeqG (2)

Esto nos indica T vs XA

De esto nos lleva, cómo la velocidad

de reacción es afectado por la

temperatura, los cuales se muestra en

las siguientes figuras.

Figura Nº 2. Conversión- Temperatura

Figura Nº 3. Efecto de la Temperatura Figura Nº 4. Efecto de la temperatura

Sobre la constante de velocidad(k) sobre la velocidad observada.

CATALIZADORES

SEGÚN FROST; el catalizador es una sustancia que altera la velocidad de

una reacción dada sin hacerle caso el destino final del catalizador. El rol

T

XA

Rxn Exotèrmica

LnK

EaEa Rango

medible

principal del catalizador es cambiar el mecanismo de una sustancia de una

energía de activación alta a una energía de activación baja.

¿Cuál es el papel del catalizador?

De acuerdo a lo que dice Frost; Por ejemplo:

Tenemos la descomposición catalítica del etanol.

Alumina

Cu

H2+Ni/Al2O3

ZnO/Al2O3

HZSM-5

El catalizador toma el papel de selectivo.

CLASIFICACIÓN DE LOS CATALIZADORES:

1. Catalizadores Gaseosos

2. Catalizadores Líquidos

3. Catalizadores Sólidos

1. El Catalizador Gaseoso es menos frecuente en procesos industriales. Ejm:

El oxido nitroso, que se usaba en la oxidación del SO3 para la obtención

del H2SO4 conocido como la tecnología de cámara de plomo, ya no se

usa.

2. Los Catalizadores Líquidos por lo general son ácidos fuertes, los cuales

son muy corrosivos y muy difícil de recuperación. Ejm: H2SO4, HCl,

H3PO4. La dificultad es que es difícil separar en el producto.

CH3CH2OHEtanol

ResinaEter dietílicoEtileno

AcetaldehidoMetano

ButadienooBenceno+Tolueno

3. Los Catalizadores Sólidos son aquellos catalizadores mas frecuentes en

los procesos industriales y pueden estar constituidos por dos o mas

constituyentes. Pueden Clasificarse en:

A. Catalizadores Metálicos como Ni, Pd, Pt, AG, Fe.

B. Catalizadores de Óxidos metálicos, como Cr2O3, V2O5, MoO3, MnO2,

ZnO, NiO, Bi2O3 .

C. Catalizadores de Sales metálicas: como SCo, SNi, Cl2 Cu.

Catalizadores Aislantes (óxidos metálicos aislantes) como Al2O3, SiO2-

Al2O3, MgO.

2.2. CINÉTICA DE LAS REACCIONES HETEROGÉNEAS CATALÍTICAS

GAS- SÓLIDO.

La velocidad total del proceso heterogéneo catalítico involucra las

velocidades de transferencia de masa y calor, de adsorción, desorción y reacción

química.

desorciónrsnqcaadosorciónMprodTMreacTAT rrrrrr (3)

ETAPA FISICA

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA.-

Incluye tres modelos:

1. Modelo de Langmuir- Hinshelwood: para reacciones irreversibles

ETAPA QUIMICA

2. Modelo de Langmuir – Hinshelwood -Hougen – Watson; para

reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3. Modelo de Eley – Rideal

Los tipos de ecuación de la velocidad de reacción química son:

1. Velocidad de reacción química del tipo de la Ley de Potencia :

nAA CKr (4)

2. Velocidad de la reacción química del tipo de Langmuir Hinshelwood –

Hougen – Watson (LHHW) :A

AA KpC1

KCr

(5)

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR – HOUGEN – WATSON

(Modelo General):

Este modelo considera que existe una secuencia en el mecanismo que

ocurre dentro del catalizador que puede ser adsorción, reacción superficial y

desorción. Dice que una de las etapas es la controlante en la secuencia, entonces

la ecuación de velocidad global o total de la reacción será de la etapa

controlante (se comprueba de manera experimental) además las otras dos están

en equilibrio. Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran:

RA Reacción reversible 1 a 1

RBA Reacción reversible 2 a 1

SRBA Reacción reversible 2 a 2

SRA Reacción reversible 2 a 1

SRA Reacción reversible 1 a 2

2.3. INTERPRETACIÓN DE DATOS CINÉTICOS.-

Para el diseño de un reactor industrial es necesario conocer las variables

que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los

efectos difusivos conocido también como efectos de transferencia de masa y

calor interno y externo,( KG, h, eAD , Kef, NDa, etc.), y el otro es el efecto químico

2.3.1. INTERPRETACIÓN DE DATOS DEL EFECTO FISICO.

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de

la reacción. En esta figura se muestra estos efectos en forma experimental.

Si, se conoce el flujo puedo hallar el diámetro al cual se origina el flujo

pistón y luego teniendo el diámetro hallo la longitud del reactor.

x

Figura Nº 6. Conversión- relación W/F

Influencia de la

difusión en la película.

(W/F)

Limitación

Química

x

F

Influenciade la difusión

enla película.

Limitacióndifusiva(W/F)(2)

(1)(W/F)

Limitación

Química

Figura Nº 5. Conversión- Flujo del gas del reactante

(W/F)

F pequeño

F grande

2.3.2. INTERPRETACIÓN DE DATOS DEL EFECTO QUÍMCO.

La cinética de las reacciones químicas enfoca que las velocidades de

reacción, puede ser del tipo de Ley Potencia, y de LHHW

robs ó exp. = r TMRP + r de reacción química

robs ó real = ηG rAo, para saber ¿cómo está relacionado el factor de

efectividad, ηG si habrá efecto difusivo o efecto químico? se analiza, como se

muestra en la siguiente figura

Figura Nº 7 . Factor de efectividad – Modulo de thiele.

En la interpretación de los datos experimentales se presentan dos casos:

1. Cuando se mide la (-rA) y la constante de velocidad kV es desconocida.

2. Cuando se conoce la cinética de un sistema, es decir kV es conocida y la

(- rA) desconocida

REACTORES CATALÍTICOS DE LABORATORIO.

n Efecto químico

Efecto difusivo

1

0,4 4

Modulo deThiele

Puesto que no es posible predecir ecuaciones de velocidad intrínseca de

la reacción de un proceso de transformación, es necesario determinarlas en base

a datos de laboratorio. Estos datos consisten de mediciones de velocidad total

de reacción. La primera parte del problema radica en obtener la ecuación para

la velocidad intrínseca a partir de datos de velocidad total. Puesto que los

reactores de laboratorio son pequeños y relativamente económicos, existe

bastante flexibilidad en su diseño. La construcción y las condiciones de

operación pueden seleccionarse de manera que se reduzcan o se eliminen las

diferencias entre las velocidades total e intrínseca, con lo cual es posible obtener

ecuaciones mas precisas para la velocidad intrínseca en base a datos

experimentales.

Un reactor de laboratorio adecuadamente construido es aquel donde se

puede investigar experimentalmente el proceso que ocurre dentro de las

partículas del catalizador, en el cual la temperatura y composición de la mezcla

se mantienen muy cercanamente constantes en el sistema.

Los reactores de flujo tubular operados en régimen diferencial, integral o

de recirculación son muy comunes para investigar la cinética de las reacciones

catalíticas gas-sólido.

TIPOS DE REACTORES CATALÍTICOS DE LABORATORIO

1. Reactores Diferenciales

Los reactores diferenciales se usan normalmente para determinar la

velocidad de reacción en función de la concentración o bien de la presión

parcial. El reactor consiste en un tubo que contiene una cantidad muy pequeña

de catalizador, que por lo regular se dispone en forma de una oblea o disco

delgado; Es decir se considera que el reactor no tiene gradiente, y que la

velocidad de reacción es especialmente uniforme en el lecho. Para que se

cumpla la condición anterior las conversiones deben ser pequeñas o los

reactores son pequeños y poco profundos. Sin embargo, un reactor grande

puede comportarse como un reactor diferencial cuando las reacciones son

lentas, puesto que la variación de la composición de los reactantes es pequeña y

en consecuencia la velocidad puede suponerse constante. Del mismo modo,

cuando se trata de reacciones de orden cero el reactor también se comporta

como diferencial ya que la velocidad es independiente de la concentración.

2. Reactores Integrales

Se denomina un reactor integral cuando la variación de la velocidad de

reacción dentro del reactor es tan grande que hemos de considerar estas

variaciones en el método de análisis. Como las velocidades dependen de la

concentración, hemos de esperar deque se produzcan grandes variaciones

en la velocidad cuando la composición del fluido reactante cambie de modo

significativo a su paso con el reactor.

La diferencia entre el reactor diferencial es que el lecho consiste de una

cantidad mayor de catalizador para garantizar una conversión aproximada

del 20%. Las condiciones isotérmicas se deben asegurar.

2.4. ANÁLISIS Y DISEÑO DE REACTORES HETEROGÉNEOS

CATALÍTICOS.

Para procesos de transformación los reactores catalíticos son bifásicos y

trifásicos, de contacto G-S, G-S-L, S-L por lo que es necesario hacer la

clasificación y luego diseñar.

CLASIFICACIÓN DE REACTORES HETEROGÉNEOS CATALÍTICOS

INDUSTRIALES.

De acuerdo al movimiento de las partículas catalíticas dentro del reactor,

tenemos:

1. Reactores de lecho fijo:

Las partículas catalíticas permanecen fijos dentro del recipiente.

1.1. Reactor de lecho fijo (bifásico G-S)

1.2. Reactor de lecho escurrido o goteo (Trickle – bed) Trifásico G-L-S.

2. Reactores de lecho en movimiento:

Aquí las partículas catalíticas están en movimiento dentro del recipiente

que lo contiene.

2.1. Reactores de lecho móvil: reactor de la pirolisis catalítica thermofor, TCC

(bifásico).

2.2. Reactores de lecho fluidizado (bifásico)

2.3. Reactores de lodo o Slurry (trifásico):

2.3.1. Con flujo pistón y burbujeo.

2.3.2. Flujo de mezcla perfecta (mecánicamente agitada).

REACTORES CATALÍTICOS DE LECHO FIJO

Soporte y distribuidor

Alimentación

Figura Nº 8. Reactor catalítico de lecho fijo

Representación:

Figura Nº 9. Reactor catalítico Figura Nº 10. Reactor catalíticode un solo lecho con varios lechos

Estos reactores de lecho fijo es un recipiente cilíndrico simple con

catalizadores de forma esférica, cilíndrica, placas, etc. Por los cuales pasa a

través el lecho catalítico los reactantes finalmente salen los productos formados

o transformados por el efecto catalítico.

Partículas

inertes

R-110

Varioslechos en

1 tubo

En estos reactores se pueden colocar los catalizadores en forma de un

solo lecho o cama y en varios lechos o cama, pueden estar estos varios lechos en

un solo tubo o en varios tubos.

Figura Nº 11. Reactor catalítico de lecho fijo multitubo

La utilización de estos reactores multitubos favorecen el control de la

temperatura, pero se debe diseñar los sistemas de la distribución de flujos

cuidadosamente, teniendo en cuenta que la caída de P en todos los tubos debe

ser la misma.

La alimentación de los flujos de reactante en forma ascendente y

descendente tiene su ventaja así como si el flujo es descendente no hay arrastre

de las partículas pero hay aumento de la rotura de las partículas aumentando la

pérdida de carga en el reactor, mientras que en el flujo ascendente hay un

posible arrastre de partículas pero no hay ruptura del catalizador, solamente

Fluido

Enfriamiento

Productos

Salida del fluido de

enfriamiento

Reactantes

( por ejemplo, se usa en la

producción de NH3)

requiere instalar un sedimentador de fases. En estos reactores se presentan los

siguientes problemas:

En estos reactores el control de temperatura es muy dificultoso, porque

para grades efectos térmicos requiere eliminar la transferencia calórica de la

siguiente forma:

1. Utilizando múltiples lechos con intercambio calórico.

2. La dilución del lecho catalítico con material inerte.

3. Dilución de la corriente de reactivos con inertes.

4. El uso de baterías de tubos de relleno catalítico.

2.5. PERDIDA DE ACTIVIDAD CATALITICA.

La desactivación de los catalizadores Sólidos empleados en la mayoría

de las reacciones industriales es un problema de principal interés en Ingeniería

Química. No debe haber Ingeniero que se ocupe de reactores catalíticos , ya sea

en la fábrica o en el laboratorio, que no se haya encontrado con el problema de

la variación de la actividad del catalizador en función de la duración de la

operación.

El tiempo de vida de un catalizador condiciona su utilización práctica, porque

su reemplazo, o la regeneración de una carga es siempre una operación

onerosa, no solamente a causa del valor intrínseco del catalizador, sino debido a

la pérdida de producción resultante de la detención de la fabricación o de la

amortización de los dispositivos de regeneración continuo.

Hay tres causas fundamentales por las cuales puede perder actividad

incatalizador:

- Envejecimiento: Son cambios que se producen en la estructura física del

catalizador ( contracción del volumen de poros, sinterización, etc.).

- Envenenamiento: debido a la adsorción, a menudo irreversible, de sustancias

distintas de las que entran a la reacción.

- Ensuciamiento: debido a un depósito de materia rica en carbono.

2.6. CINÉTICA DE LAS REACCIONES HETEROGÉNEAS NO

CATALITICAS GAS – LIQUIDO

En la cinética de la reacción Gas – Líquido se observa:

A ( G – L ) + b B ( L ) Producto ( S, L, G )

El reactante A presente en el gas es soluble en el líquido, dado por:

PAi = H CAi (6)

Con respecto al reactante B, presente en el líquido, no se transfiere a la fase

gaseosa, y la reacción tiene lugar solamente en el líquido, y puede ser bien cerca

de la interfase, o a la película del líquido, o bien en el seno del líquido.

Hay tres resistencias:

1. De la película gaseosa

2. De la película líquida

3. De la reacción en la película del líquido o en la masa principal del líquido.

Película Gaseosa

INTERFASE

PA

Película Líquida

Seno del gas(A)

Masa principal del líquidoCAi

CA L( )

0 YL

CBi

CB L( )B B B

Y

Frente de Reacciòn

Figura Nº 12. Perfil de concentración para una reacción gas-líquido de segundo

orden

ETAPAS DEL PROCESO:

1. Transporte del Reactante A desde el seno del fluido hasta la superficie

de la Interfase. ( rTM; kG)

2. Transporte del Reactante A desde la interfase de la película del lado

del gas hacia la interfase del lado del líquido. ( rTM; DA)

3. Transporte del Reactante A desde la superficie de la interfase del lado

del líquido hacia el frente de reacción o al frente del fluido. ( rTM; kG)

4. Reacción del componente A con el componente B en la película del

líquido o masa principal del líquido. ( rRxn; k)

5. Transporte del producto desde el frente de reacción o en la película

del líquido hacia el seno del fluido líquido. ( rTM; Kg).

La velocidad total del proceso será :

rTproceso = rTMgas + rDifusión + rTMLíquido + rRxn + rTMProducto

Su ecuación de la velocidad total del proceso será:

A

Ln

BALG

proceso P

fCk

1Fak

1ak

11

r

(7)

FA : Factor de incremento ( factor de aceleración )

MODELOS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO GAS – LÍQUIDO:

1. Modelo de la Película (doble película) la del gas y la del líquido:

Whitman 1923.

2. Modelo de la Renovación de la superficie o de penetración de Highe 1935

– Danckwerts 1951.

3. Modelo de la Película – Penetración Toor y Marcelo 1958.

2.7. ANÁLISIS Y DISEÑO DE REACTORES HETEROGÉNEOS NO

CATALÍTICOS GAS- LÍQUIDO.

TIPOS DE REACTORES:

1. Reactor de tanque agitado

2. Reactor de torre o columna

Burbujeo

Relleno

Platos perforados

Lluvia

De puente con recirculación externa

FUNDAMENTOS DE DISEÑO

1. Tipo de reactores.

2. Parámetros que se consideran para la selección del tipo de reactor.

2.1. Tipo de Operación

a. Estado Estacionario

Flujo en pistón del gas y del líquido en corriente paralelo o en

contracorriente son los reactores de torre, por tener mayor fuerza impulsora.

Flujo en pistón del gas y flujo de mezcla perfecta del liquido en

corriente paralela, operan el reactor tanque de burbujeo por tener menor

fuerza impulsora.

b. Estado No Estacionario (Semicontinuo)

CA f(t)

Flujo del gas mezcla perfecta con carga uniforme del líquido; reactor

tanque de burbujeo (agitado mecánicamente)

2.2. Propiedades de Transferencia de Masa

Para las gotas del líquido pulverizado en gas KG y KL

2.3. Flujo Volumétrico.

Para L/G 10 a 1 atm ; reactor de torre de relleno

Para L/G > 10 se usan los otros tipos de reactores.

2.4 . Resistencia de la Película

Para áreas interfaciales grandes se usan reactores de tanque y torres.:

Si la película L controla entonces NO usar reactor de pulverización o de

lluvia.

Si la película del gas es la controlante entonces NO usar reactor de torre de

burbujeo.

2.5. Solubilidad de Gases

Gas muy soluble con HA pequeño, película del gas controlante (NH3)

No debe usarse reactores de barboteo.

Gas de baja solubilidad en el líquido, HA grande. Ej. O2, N2

Película del líquido es la controlante.

No debe usarse reactores de torre de pulverización.

2.8. CINÉTICA DE LAS REACCIONES HETEROGÉNEAS NO

CATALITICAS GAS – SÓLIDO

Las reacciones heterogéneas no catalíticas gas-sólido, pueden encontrarse

en los procesos de descomposición de sólidos, en procesos de gasificación,

procesos metalúrgicos.

El tipo más general de las reacciones heterogéneas no catalíticas gas-sólido es:

A + B R + S

Donde, los reactantes A, B y R, S pueden estar en fase gas, sólido.

Según los trabajos publicados hay dos modelos:

1. Modelo de la conversión progresiva: donde el gas penetra y reacciona

simultáneamente en la partícula sería el Caso I, donde el tamaño de

partícula no varía.

2. Modelo del núcleo sin reaccionar seria el Caso II, donde el tamaño de

partícula es variable.

Existen gran cantidad de reacciones heterogéneas no catalíticas entre

gases y sólidos, donde participan los factores funcionales y las reacciones Q, así

tenemos: A(g) + bB(s) cC(s) + dD(g)

a) Tamaño de particular constante

Z = 1

B

= 0 > 0 >> 0

b

cx

Mx

MZ

C

C

B

B

, ccmolmolgr

ccgr

MC

B

BB /

/

/

,

CC

CBx

b

cZ

b) Tamaño de partículas consumiéndose decrecientemente

Z < 1

= 0 > 0 >> 0

R B

Productos

Productos

B

c) Tamaño de partícula pero formando productos completamente volátiles.

= 0 > 0 >> 0

d) Tamaño de partícula expandiéndose

Z > 1

= 0 > 0 >> 0

R = radio de la partícula esférica para cualquier tiempo en ausencia de

contracción y expansión R = 20 radio de la partícula inicial.

3/13

00 1

R

rZZRR C (8)

Para estos casos la conversión del reactante sólido B

inicialmasa

un tiempoparamasa-inicialmasa BX (9)

30

330

.3

4.

.3

4..

3

4.

R

rRX

B

CBB

B

(10)

masa = v

vesfera = 3

3

4Cr (11)

B

Productos

B

BB

rC = radio del núcleo sin reaccionar

30

330

R

rRX C

B

(12)

DETERMINACIÓN DE LA ECUACIÓN GENERAL DE LA VELOCIDAD DE

REACCIÓN:

Según la reacción: aA(g) + bB(s) cC(s) + dD(g)

Etapas del proceso:

1. Difusión del reactante a través de la película gaseosa que rodea a la

partícula

Variación de moles de A Superficie del sólido

511SCACAgbKg

dt

dNB

Sextbdt

dNA

Sext (13)

ABA Nrb

ra

11

(14)

2. Difusión del reactante A a través de la capa del producto o ceniza

Moles de A

dr

dCAx

DN

dt

dNA

r

eA

A 11

.²4

1

(15)

Ecuación General de la velocidad para esta etapa es:

(16)

3

0

1

R

rX C

B

CSS

C

C

eA CACA

r

rRR

Db

dt

dNA

R

..

²4

1

3. Reacción Química en la Superficie del núcleo sin reaccionar.

CSC

CAKbrdt

dNA

R

R.

4

1²4²4

2

(17)

Sumando las resistencias, tenemos la ecuación general de la velocidad de la

reacción gas -sólido:

(18)

Su ecuación de la velocidad total del proceso gas-sólido integrada, es :

(19)

2.9. ANÁLISIS Y DISEÑO DE REACTORES HETEROGÉNEOS NO

CATALÍTICOS GAS-SÓLIDO.

De acuerdo a las reacciones analizadas para su mejor entender vamos

a clasificar los tipos de reactores industriales de acuerdo al movimiento de la

partícula y del fluido:

CAg

Kr

R

DAbr

rRR

Kg

b

dt

dNA

Sext

SCe

C

C

2

²

..

11

tC

bCAg

R

r

K

R

R

r

R

r

DA

R

R

r

Kg

R

B

C

S

CCe

C

0

12316

²1

3

3

0

230

1. Reactores de lecho fijo:

Donde la partícula reaccionante es fijo y el fluido que contiene al

correactante puede ser de flujo cruzado o flujo paralelo o flujo en

contracorriente.

2. Reactores de lecho móvil

Son reactores tubulares donde la partícula reaccionante y el fluido correactante

se mueven y fluyen continuamente en flujo paralelo o en flujo en

contracorriente. Aquí están considerados los llamados hornos rotatorios, alto

horno, transportador de parrilla o rector de cinta.

3. Reactores de lecho fluidizado

Figura Nº 13. Reactor de lecho fluidizado

Son los reactores donde las partículas reaccionantes, es mantenido en

suspensión por el fluido coreactante con diferentes variaciones tales como

lechos elevados, lechos arrastrados, estos reactores de acuerdo al tipo de flujo,

puede ser: de flujo pistón o flujo mezclado perfecto reactores de lecho

suspendido mecánicamente agitado.

Salida de sólidos

Entrada de gas

Entrada de sólidos

Salida gases

Reactor de lecho fijo: Reactores de intercambio iónico.

Figura Nº 14. Reactores Heterogéneos no catalíticos gas-sólido

FUNDAMENTO DE DISEÑO:

CASO I. Tipo de Flujo: Mezcla perfecta de sólidos con composición uniforme

del gas, con partícula reaccionante de tamaño constante esférico.

Figura Nº 15. Rector de lecho fluidizado.

Reactores de lecho móvil

Reactor o alto horno

Reactores de cinta

Reactores rotatorios

mineralCoque

aire

airecenizas

Carbón

Productos

gas caliente

sólidos

Productos (R) gas

V = volumen ocupado x el sólido

Salida de sólido F1 = F0 (prod.)

Ingreso del gas reactante (A)

Entrada de sólidosreactante B

F = F0

Aplicando concepto de lecho fluidizado sin arrastre de partículas con flujos del

gas de entrada y salida son constantes y el flujo de entrada y salida de sólidos

constantes XB de la partícula reaccionante depende t de residencia y de la

cinética del proceso.

dt ttiempo

entrereactorelen

opermanecidhaquesalidade

corrienteladefracción

dt t tentre

un tiemporeactor

elenpermanecen

quepartículas

paraconvertida

noBdefracción

convertida

noBdefracciónla

depromedioValor

(20)

dttEXX BB

0

11 (21)

0

11 dttEXX BB (23)

Donde:

E(t) = es la función de distribución de tiempos de residencia de los sólidos en el

rector.

t = tiempo para la reacción de B, entonces

E(t) = ttet

/.1 (24)

t = tiempo promedio de residencia para los sólidos.

(24) en (23) se tiene:

0

/11 dteXX ttBB (25)

Esta ecuación debe ser integrada para cada etapa controlante del proceso y

tenemos:

1. Si la etapa controlante es la difusión de A en la película del gas, su ecuación

es: 32

!4

1

!3

1

2

11

tttX B + …… (26)

2. Cuando la etapa controlante es la difusión en la capa de la ceniza o

producto, su ecuación es.

432

00149.04620

4142019

51

1tttt

X B ….. (27)

3. Cuando la etapa controlante es la Reacción Química, su ecuación es:

432

840

1

120

1

20

1

4

11

ttttX B ………. (28)

CASO II. Tipo fluido: Uniforme y conocido.

Partícula: Tamaño no uniforme, partículas en la alimentación son de diferentes

tamaños, se usa el concepto de la distribución discreta de tamaño de partículas.

Partículas de tamaño 1 (R1)

F (R2) = Kg/s alimentación de partículas de tamaño 2 (R2)

F (R3) = Kg/s alimentación de partículas de tamaño 3 (R3)

F (Ri) = Kg/s alimentación de partículas de tamaño i (Ri)

R1 R2 R3 Ri

RM

F(Ri)

Área total =

M

iiRFF

0

Partícula de tamaño mayor

Tamaño de partícula R

Cualquier tamaño

F(R)

Kg/s

Se analiza en forma análoga al caso anterior usando.

Su ecuación es:

MR

R

iiBB F

RFRXX 11 (29)

Donde: F

RF i , es la fracción de alimentación está en % en peso

CASO III: Flujo de mezclado perfecto y tamaño de partículas esféricas.

Para diferentes tamaños de partículas tiene su propio tiempo de reacción

completa.

1. Etapa controlante: Difusión de A a través de la película.

Tiempo de Rx. completa

MRiii

BF

RF

t

R

t

RX ...

!3

1

!2

11

2

(30)

2. Etapa controlante: Difusión de A en la capa del producto (capa o ceniza)

MRiii

BF

RF

t

R

t

RX ...

42019

51

12

(31)

3. Etapa controlante: Reacción Química.

F

RF

t

R

t

RX i

Rii

B

M

...

201

41

12

(32)

Para diferentes tamaños

Para cualquier de estos casos se usa, que:

reactoralsólidosdeónalimentacidecaudaloFlujo

reactorelensólidoslos tododecantidadoPeso

F

WRtt i (33)

1F

VRt i , Ut > UD, o

DF

Vt ,

Para reactores de lecho fluidizado, para cualquiera de ellos su ecuación de

diseño son:

V = 3,12,10 Ft (34)

3,12,11 xFRtV iR (35)

1,31,2ε1Eρ

WV

BmfPR

(36)

Porosidad de

Fluidización mínima

(37)

Para reactores de lecho fijo no catalítico gas-sólido con el modelo de

diseño: Flujo pistón del fluido gaseoso cinético de la reacción núcleo sin

reacción, tenemos de la ecuación de continuidad en la fase gaseosa, se tiene que

el Balance en una sola dirección:

t

CAgr

Z

CAgU BV

. (38)

Velocidad

superficial del término

gas (m/s) de acumulación

W = F0. t

donde:²

/³

m

sm

A

QU

Para una partícula esférica su ecuación de velocidad, es:

rV = dt

dxCb B

BB .10

(39)

talvolumen to

lechodelvolumen1 B

Entonces:

en muchos casos seconsidera despreciable

t

CAg

dt

dXCb

Z

CAgUB

BBB

..10

(40)

Para cada etapa controlante

Su ecuación de balance energía:

.Cp. t

TCprHr

Z

TV

. (41)

(42)

dt

dXCb

dZ

dCAgU B

BB .10

III. MATERIALES Y METODOS.-

3.1 MATERIALES.

- Información compilada en diseños de procesos de transformación industriales

durante el asesoramiento y consultas de plantas industriales.

-Materiales adquiridos y desarrollados en análisis y diseño de reactores

catalíticos y catalíticos, heterogéneos y no heterogéneos durante mis estudios

de Maestría en Ingeniería Química en Universidad Nacional del Litoral- Santa

Fe – Argentina.

- Materiales de consulta, como revista científicas, textos universitarios, informes

de trabajo de investigación desarrollados en la UNAC

- Materiales de cómputo e impresión y materiales de oficina.

3.2. METODOS.

Para la producción del presente texto universitario se han usado los siguientes

métodos:

- Método deductivo y analítico

- Método comparativo, descriptivo, y explicativo.

- Métodos y modelos matemáticos.

- Métodos ilustrativos y comunicables.

IV. RESULTADOS.

El resultado del presente trabajo de investigación es el texto universitario

que se adjunta al presente informe final, titulado:

TEXTO: “INGENEIRÍA DE LAS REACCIONES QUIMICAS II (CATALITICAS

Y NO CATALITICAS)”.

El texto contiene 10 capítulos expuestos en forma puntual, con un

enfoque práctico que va a permitir un buen acceso interpretativo por parte de

los estudiantes y profesionales en ejercicio.

Los temas tratados hacen referencia el análisis de las reacciones

heterogéneas catalíticas y no catalíticas, y luego enfoca los fundamentos y

procedimientos de los reactores heterogéneos catalíticos y no catalíticos.

V. DISCUSIÓN.

El texto universitario titulado: TEXTO: “INGENEIRÍA DE LAS

REACCIONES QUIMICAS II (CATALITICAS Y NO CATALITICAS)”, que es

el resultado del presente trabajo de investigación, se caracteriza por detallar la

cinética de las reacciones químicas heterogéneas catalíticas y no catalíticas

aplicados a los procesos de transformación industriales. Asimismo detallar los

fundamentos y procedimientos de diseño.

El detalle se describe en los 10 capítulos que contiene el texto expuesto,

expuestos de tal manera que permita una fácil y rápida interpretación

separando el enfoque de la cinética de las reacciones químicas heterogéneas

catalíticas, de las no catalíticas gas-líquido y gas-sólido.

El texto elaborado presenta características didácticas por la experiencia

del autor y resulta accesible a los estudiantes con orientación hacia el campo de

análisis y diseño de reactores industriales, y sirva como un medio de consulta

para los estudiantes de Ingeniería Química, asimismo para los Ingenieros

Químicos en ejercicio.

VI. REFERENCIALES.

[1] CARBERRY, JAMES, J., “Chemical and Catalytic reaction Engineering”, Ed.

McGraw-Hill Book Company. New York, 1976.

[2] FROMENT, G AND BISSCHOFF, K., “Chemical Reactor Analysis and

Design”, 2º Edition; Ed. J. Wiley & Sons, Inc. New York, 1990.

[3] GUEVARA, O., Y CHING, R., “Química de las reacciones orgánicas” 3º

edición, Pág. 56, 57, 1987.

[4] HOLLAND, CH. D. Y ANTHONY, R.G., “Fundamentals of Chemical

Reaction Engineering”, Ed. Prentice-Hall, Inc., Nueva Jersey, 1979

[5] HOUGEN, O. A. y Watson, K.M., " Chemical Process Principles- Part Three-

Kinetics and catalysis", Ed. John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, 1977.

[6] JOHNSTONE, E. “Scaling-up of Chemical plant and processes”. Joint

Symposium church House. London, Mayo 1957.

[7] KIRK, J., “Diccionario Químico Industrial”, 1 º Edición, Pág. 154- 169, 1970.

[8] LAIDLER K. "Cinética de reacciones", Tomo II. Ed. Alhambra S.A., Madrid,

1979.

[9] LEVENSPIEL, O. "Ingeniería de las Reacciones Químicas", Ed. Reverte S.A.,

Barcelona, Buenos Aires, 1981.

[10] MACHACA, G., L., F., “Análisis, Diseño y Construcción del Reactor

Catalítico de Lecho Fijo a nivel banco para la obtención de derivados de etanol”,

Trabajo de Investigación presentado al VRI_UNAC, Callao-Perú, 2005.

[11] PAVLOV, B., Y TERENTICV, A., “Curso de Química orgánica”, 2º Ed.

45,46, 1970.

[12] ROSE, H. J., Chemical Reactor Desing for Process plants 2V, John Wiley &

Sons. New Cork 1977.

[13] ROSE, H. J., Chemical Reactor Desing in Practice. Elsevier Scientific

Publishing co. Amsterdam.

[14] SMITH, J. M. "Ingeniería de la Cinética Química", Ed .CECSA, Nueva

Edición, México 1987.

[15] SCHERRER, R., Y BEATTY, H., “ A general convertion of phenols a

anilines”, Journal of organic chemical, pag. 1681-1690, 1972.

[16] WALAS S. M. "Cinética de la Reacciones Químicas", Ed. McGraw-Hill

Company, Inc., Nueva York, 1979.

[17] http: jyotichem.tripod.com/ products. html.

VII. APENDICE.

SILABO DEL CURSO.

“INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS II”

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

SILABO

L- DATOS GENERALES.

1.1. Asignatura : INGENIERIA DE LAS REACCIONES

QUIMICAS II

1.2. Código del curso : IG 504 - 01Q

1.3. Semestre Académico : 2009-B

1.4. Ciclo Académico : Noveno

1.5. Número de Créditos : 04

1.6. Horas Teóricas : 03 Ma 16,17,18 Aula 202-C

1.7. Horas Practicas : 03 Ju 16,17,18 Aula 203-C

1.8. Duración de la Asignatura: 17 semanas

1.9. Pre-Requisitos : Ingeniería de las Reacciones Químicas I

1.10. Profesor del Curso : ING° LEONARDO MACHACA GONZALES

I. SUMILLA

Continua con el desarrollo del análisis y diseño de reactores químicos iniciado en el

curso de Ingeniería de las Reacciones Químicas I, debido a la importancia crucial de la

cinética heterogénea catalítica y no catalítica, y del comportamiento de los reactores

heterogéneos multifasicos que se presentan en los procesos industriales reales. Resulta

conveniente remarcar que el curso-ofrece todo estos principios y fundamentos a los

alumnos del noveno ciclo de Ingeniería Química.

En las primeras semanas, se presenta la introducción de los conceptos generales que

fundamentan las reacciones heterogéneas globales y el establecimiento de las

condiciones para que la reacción sea posible a escala industrial, relacionando la cinética

de las reacciones heterogéneas catalíticas y no catalíticas, y formulando la velocidad

intrínseca de la reacción, para luego aplicar estos conocimientos en el diseño y análisis

de diferentes tipos comunes de reactores heterogéneos catalíticos y no catalíticos,

reactores multifasicos a nivel laboratorio y a escala industrial.

Síntesis del contenido.

Cinética de las Reacciones Heterogéneas: Catalíticas y no catalíticas. Reactores

catalíticos: de Laboratorio e Industriales. Análisis y Diseño de reactores catalíticos de

lecho fijo y móvil. Análisis y Diseño de Reactores no catalíticos. Diseño de reactores

multifasicos catalíticos.

III. OBJETIVOS.

3.1. OBJETIVOS GENERALES

Proveer al Ingeniero químico las herramientas necesarias para comprender, analizar,

diseñar y evaluar los diferentes tipos de reactores químicos heterogéneos catalíticos

y no catalíticos, prevista primordialmente para el estudiante, y se espera también

resulte útil para el Ingeniero en actividad.

Enseñar a los estudiantes los fundamentos de la cinética de las reacciones

heterogénea

catalítica y no catalíticas, y los principios de diseño y proyecciones de reactores

químicos

heterogéneos catalíticos y no catalíticos para efectuar las reacciones a escala

industrial, basándose en el examen de ejemplos y la solución de problemas

concretos..

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Analizar los conceptos básicos de la catálisis heterogénea, procesos catalíticos y no

catalíticos y no catalíticos.

Estudiar y analizar la cinética química de las reacciones heterogéneas catalíticas y

no catalíticas.

Analizar y diseñar reactores catalíticos de laboratorio e industriales.

Analizar y diseñar reactores heterogéneos no catalíticos.

Preparar y dejar listo al estudiante para la tarea de analizar, diseñar, implementar

reactores heterogéneos catalíticos y no catalíticos en los procesos industriales.

3.4. DESTREZA Y HABILIDADES

Al término del curso, el estudiante debe ser capaz de utilizar las expresiones de la

cinética heterogénea catalítica y no catalítica para la concepción de reactores

heterogéneos de amplia aplicación en la industria de los procesos heterogéneos

catalíticos y no catalíticos. Para tal efecto, se utilizaran procedimientos matemáticos

tanto analíticos como numéricos, de ser posible recurriendo el use de computadoras, a

base de los lenguajes necesarios para la solución de problemas fundamentales de diseño

IV. PROGRAMA ANALITICO

Primera Semana

Introducción, Procesos catalíticos químicos y bioquímicas, Etapas del Proceso

Catalítico químicos, bioquímicas, electroquímicos. Fundamentos.

Segunda Semana

Catálisis heterogénea. Catálisis enzimático. Catalizadores, fundamento, clasificación,

componentes, agentes y promotores catalíticos, atributos y diseño del catalizador.

Tercera Semana

Preparación y caracterización de catalizadores, procesos principales en la producción de

catalizadores. Absorción física y química. Isotermas de absorción y modelos de

absorción.

Cuarta Semana

Propiedades físicas del catalizador y su determinación. Superficie especifica. Volumen

y radio de poros, porosidad. Distribución de tamaños de poros. Ilustraciones.

Quinta Semana

Cinética de las reacciones catalíticas heterogéneas. Etapas físicas y químicos.

Etapa química : Modelos cinéticos. Modelos de Langmuir- Hinshelwood. Modelo de

Langmuir- Hinshelwood- Hougen- Watson. Modelo de Eley Rideal.

Sexta Semana

Etapas físicas: transporte interna y externa de materia y calor en catalizadores porosos.

Determinación de difusividad efectiva. Modelo de Dusty Gas, modelo de Bosanquet

Ilustraciones.

Setima Semana

Factor de efectividad, Modulo de Thiele, modulo de Thiele Genaralizado, modulo de

Weisz Pratter. Influencia en la velocidad de reacción y selectividad. Transferencia de

masa en el exterior e interior de la partícula catalítica, factores de efectividades global,

interno y externo isotérmico. Ilustraciones.

Octava Semana

Transferencia de materia y de calor en el exterior e interior de la partícula catalítica no

isotérmico. Factores de efectividad interno, externo, y global no isotérmicos.

Ilustraciones. Catalizadores monolíticos. Reactores catalíticos de laboratorios: Integral,

Diferencial. Interpretación de datos cinéticos. Ilustraciones

Examen Parcial

Novena Semana

Reactores catalíticos industriales. Clasificación y descripción.

Análisis y diseño de reactores catalíticos. Fundamento de diseño. Procedimiento de

Diseño Décima Semana

Diseño de reactores de lecho fijo: modelos unidimensional de flujo pistón axial con

cinética pseudo homogénea. Ilustraciones.

Modelos unidimensional de flujo pistón axial con cinética heterogénea. Ilustraciones.

Décima Primera Semana

Análisis y diseño de reactores catalíticos de lecho fijo y lecho móvil trifásico. Análisis y

diseño de Reactores Trickle Beds. Ilustraciones.

Décima Segunda Semana

Análisis y diseño de Reactores Slurry. Ilustraciones. Análisis de diseño de Reactores de

lecho fluidizado. Características.

Décima Tercera Semana

Transporte de masa y calor modelo bifásico. Modelo de Kunni-Levenspiel. Ilustraciones

Procesos heterogéneos no catalíticos Fluido-fluido y fluido – sólido.

Décima Cuarta Semana

Análisis de reacciones y diseño de reactores no catalíticos: Cinética de las reacciones

fluido- fluido(gas-liquido). Modelos cinéticos de absorción con reacción química

Reacciones rápidas y lentas. Ilustraciones.

Décima Quinta Semana

Análisis y diseño de Reactores gas-liquido

Cinética de las reacciones gas-sólido. Modelo del núcleo no reaccionado. Control por

difusión a través del film gaseoso, ceniza o reacción química. Ilustraciones.

Décima Sexta Semana

Análisis y diseño de Reactores fluido-sólido. Tipos de reactores. Modelos de diseño.

Ilustraciones

Décima Séptima Semana

Examen Final

Examen sustitutorio.

V. PROCEDIMIENTOS DIDÁCTICOS.

5.1. Clase Magistral.

La enseñanza es mediante la exposición teórica y practica con ilustraciones reales.

Visitas a Plantas Industriales.

VI. EQUIPOS Y MATERIALES.

6.1. Materiales: Tizas, separatas, transparencias, gráficos.

6.2. Equipos: Retroproyector de vistas opacas y de transparencias.

VII. SISTEMA DE EVALUACION.

Sistema de Evaluación es a través de pruebas escritas (2) y practicas calificadas y

domiciliarias:

Examen Parcial (peso1, EP)

Examen Final (peso2, 2EF)

Promedio Prácticas (peso1, PP)

PROMEDIO = 1 EP + 1PP + 2EF4

El examen sustitutorio, sustituye la nota más baja entre el examen parcial o final y

abarca el integro de la Asignatura. Solamente serán permitidas al examen sustitutorio

los estudiantes que obtengan el promedio 05 y tengan la posibilidad de aprobar.

Asimismo los alumnos que obtengan promedios menores a 05 se pondrá NO SE

PRESENTO

La evaluación en las modalidades de curso dirigido y paralelo serán evaluados por dos

exámenes escrito parcial y final, y sustitutorio; y los estudiantes de la modalidad de

suficiencia serán evaluados mediante un examen escrito en el examen parcial, o final, o

sustitutorio. Los estudiantes que aprueben sin el examen sustitutorio serán bonificados

con dos puntos adicionales a su promedio final.

VIII. BIBLIOGRAFIA

Texto Base:

Smith, J.M. "Ingeniería de la Cinética Química", Ed .CECSA, Nueva Edición, México

1987.

Levenspiel, O. "Ingeniería de las Reacciones Químicas", Ed. Reverte S.A., Barcelona,

Buenos Aires, 1981.

Textos Adicionales

Froment, G. and Bischoff, K., "Chemical Reactor Analysis and Design", 2° edicion;

Ed. J. Wiley & Sons, Inc. New York, 1990

Hollend, Ch. D. y Anthony, R. G., " Fundamentals of Chemical Reaction

Engineering", Ed. Prentice- Hall, Inc., Nueva Jersey, 1979.

Hougen,O.A. y Watson, K.M., " Chemical Process Principles- Part Three- Kinetics

and catalysis", Ed. John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, 1977.

Laidler K. "Cinetica de reacciones", Tomo II. Ed. Alhambra S.A., Madrid, 1979.

Walas S. M. "Cinetica de la Reacciones Quimicas", Ed. McGraw-Hill Company,

Inc., Nueva YorK, 1979.

Bellavista, Agosto del 2009