Sección problemas cinéticas intrínsecas catalíticas heterogéneas 1. La reacción catalítica CO + Cl2 →COCl2 fue estudiada cinéticamente a presión atmosférica y con un catalizador de carbón activado. Estudios preliminares mostraron que la velocidad de la reacción no mostró dependencia con la con la velocidad de flujo de gases a través del reactor. El análisis preliminar además muestra adsorción de tod os los componentes de la reacción rea cción sobre la superficie del catalizador y la presencia de una reacción superficial entre los componentes reactivos adsorbidos. La reacción superficial se configura como la etapa controlante de la re acción general. La constate de adsorci ón para monóxido es diferente de cero pero insignificante cuando se compara con las constantes de adsorción de Cl2 y COCl2. Obtenga una expresión de velocidad de reacción intrínseca en función de las presiones parciales en la fase fluida adyacente a la superficie del sólido. La reacción es irreversible y ello incide en la reacción superficial. Calcule los valores más adecuados de las constantes de adsorción para Cl2 y COCl2 y el producto de constantes a partir de los datos experimentales o presentados en la tabla abajo, los cuales fueron obtenidos a 31 C y con un catalizador tamaño de malla entre 6 y 8. Este tamaño de partícula garantiza que los efectos de transporte intrapartícula no tienen incidencia en los datos m edidos y que por ende estos representan velocidad de reacción i ntrínsecas. (ks es constante cinética de la velocidad de reacción superficial y KCO es la constante de equilibrio de adsorción del CO).
̅
(r) (gmol/h* g catal) 0.00414 0.00440 0.00241 0.00245 0.00157 0.00390 0.00200 Para una regresión lineal multivariada (x1, x2):
2. La siguiente reacción fue estudiada cinéticamente en un catalizador de oxido de zirconio soportado en sílica gel cpon la presencia de metano como componente inerte: C2H4 + HCl ↔ C2H5Cl
Todos los compontes se adsorben y es la reacción superficial la que controla la velocidad de la reacción general. Considerando que en los datos reportados en la tabla no hay interferencia de proceso de transporte intra o extrapartícula, o o obtenga una expresión de velocidad de reacción a 350 C. K(350 C) = 35.
(r)*104 Presión parcial (atm) (lbmol/h* lb catal) CH4 C2H4 HCl C2H5Cl 2.71 7.005 0.300 0.370 0.149 2.63 7.090 0.416 0.215 0.102 2.44 7.001 0.343 0.289 0.181 2.58 9.889 0.511 0.489 0.334 2.69 10.169 0.420 0.460 0.175 3. La reacción del problema 1 es ahora estudi ada bajo diferentes temperaturas tal como se reporta en la tabla. Obtenga las expresiones tipo exponencial para los términos función de la temperatura descritos arriba. T o ( C) 42.7 42.7 42.7 42.7 42.7 52.5 52.5 52.5 52.5 64 64 64 64
4. La reacción en fase liquida 2C6H5OH + (CH 3)2CO → (OH)C6H4-C(CH3)2-C6H4OH + H2O (fenol + acetona → bisfenol A + agua) fue estudiada cinéticamente con un catalizador copolimérico sulfonado divinilbenzeno-estireno a 364 K. Derive una expresión de velocidad de reacción con base en las siguientes etapas elementales (A: acetona, -SO3H: grupo activo del copolímero, P: fenol, I: alcohol terciario intermedio): a) Adsorción reversible de acetona b) Reacción reversible entre acetona adsorbida y fenol no adsorbido para dar un intermedio adsorbido, constituido por un alcohol terciario. c) Reacción superficial irreversible entre fenol adsorbido y el alcohol terciario adsorbido para dar agua adsorbida y bisfenol A no adsorbido. Se asume que la etapa c es la etapa controlante.
