TIPOS DE REACTORES MÚLTIPLES EN LA INDUSTRIA
INTRODUCCIÓN
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Cuando Cuando llevamos llevamos a cabo cabo transforma transformacion ciones es químic químicas, as, suelen suelen ocurri ocurrirr más más de una reacción química en simultáneo. Cuando esto ocurre, se dice que tienen lugar reacciones múltiples.
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Comú Comúnm nmen ente te sólo sólo una una de las las reac reacci cion ones es que que tien tienen en luga lugarr es la deseada, por lo tanto el desafío del proceso reside en lograr que los reactivos sólo se transformen en el producto deseado.
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No es comú común n que la reac reacci ción ón de inte interé rés s sea la única única que que ocurr ocurre e en un reac reacto torr quím químic ico. o. Por Por lo regul regular ar ocur ocurre ren n vari varias as reac reacci cione ones, s, algun algunas as deseada deseadas, s, otras otras no deseada deseadas. s. no de los factores factores clave clave para para el é!ito é!ito económico de una planta química es la minimi"ación de las reacciones secundarias no deseadas que ocurren #unto con la relación deseada.
REACTORES MÚLTIPLES $a% tres tipos básicos de reactores múltiples& en serie, en paralelo o independientes. 'n las reacci reaccione ones s en parale paralelo lo se son llamad llamadas as tambié también n reacci reaccione ones s en compete competenci ncia, a, el reacti reactivo vo se consum consume e por dos camino caminos s de reacci reacción ón distint distintos os para para formar formar diferent diferentes es productos&
n e#emplo de reacción en paralelo que tiene importancia industrial es la o!idación de etileno a ó!ido de etileno evitando la combustión completa a dió!ido de carbono % agua.
'n las reacciones en serie, también llamadas reacciones consecutivas, el reactivo forma un producto intermedio, el cual vuelve a reaccionar para formar otro producto&
n e#emplo de reacción en serie en la que interviene ó!ido de etileno ( ). '.* es su reacción con amoniaco para formar mono+, di+ % trietanolamina&
as reacciones múltiples implican generalmente la combinación de reacciones en serie % paralelo, como por e#emplo& - /
C 0
- C
'
n e#emplo de combinación de reacciones en serie+paralelo es la formación de butadieno a partir de metanol. C1$2)$ C1$2)$ C1$3 C$4C$)
C1$3 $1) C$4C$) $1 C3$5 $1)
as reacciones independientes son del tipo& C
/ 0 '
'l craqueo de petróleo crudo para formar gasolina es un e#emplo donde tienen lugar reacciones independientes. 'n reacciones simples, cuando intentábamos optimi"ar el proceso, se intentaba producir la má!ima cantidad de un producto determinado. Por e#emplo en la reacción& - /
6
si queremos obtener la má!ima cantidad de 6, tendremos que intentar que la conversión de reacción sea lo más elevada posible. 'l reactor óptimo será aquel que con igual volumen, de la má!ima conversión. 'n el caso de reacciones múltiples aparecen nuevos problemas en la optimi"ación del proceso.
'n la primera parte de este capítulo consideraremos en primer lugar las reacciones en paralelo. 7on de particular interés aquellos reactivos que se consumen con la formación de un producto deseado, 0, % un producto indeseado, , como resultado este último de una reacción competitiva. 'n la siguiente reacción
8ueremos minimi"ar la formación de % ma!imi"ar la formación de 0, %a que cuanto más producto indeseado tengamos, ma%or será el costo de separación de éste de la me"cla de reaccionante.
Normalmente, a medida que el costo del sistema de reacción se incrementa, con el fin de minimi"ar el producto indeseado , el coste generado por el traba#o de separación de esta especie
disminu%e.
'n
estos
casos
se
alcan"a
un
punto
económico
correspondiente al punto de corte de los costos de reacción % separación
Fig. 9.2
óptimo
SISTEMAS DE REACCIONES MÚLTIPLES
C-7) 6'-. Producción de an9ídrido ftálico a partir de o+!ileno&
'sto se puede representar en forma simple como&
as reacciones globales son& C:$;< 4)1 = C:$3)4 4$1) C:$;< ;<>)1 = :C)1 2$1)
Proceso de Diseño de u Re!c"or Idus"ri!# ;. Considerar las características de la reacción& química, termodinámica, ecuación de velocidad, modelo e!perimental de reacción, propiedades físicas, catálisis, etc. 1. /asándose en los factores anteriores, seleccionar condiciones de operación ideales que favore"can un alto rendimiento %?o den el volumen. 4. Con base a ;, seleccionar el me#or tipo de reactor % el procedimiento de alimentación que nos dé un mínimo costo %?o un má!imo rendimiento del producto. 3. 7eleccionar en base a ;, el modo de calor. 2. 'liminar cualquier tipo de reactor que pueda ocasionar problemas
5. 7eleccionar o conceptuali"ar un reactor real que se apro!ime al tipo de reactor ideal % condiciones de operación descritas en 1 % 4. $a% que considerar los procesos de @. Calcular el tamaAo % comportamiento del reactor para las condiciones de diseAo % considerar alternativas ra"onables. 'l factor debe anali"arse cuidadosamente. :. /uscar los esquemas de óptimos considerando posibles cambios a la cantidad % calidad de la alimentación.
Re!ccioes $!r!#e#! o co%$e"i"i&! 7on aquellas en las que dos o más procesos compiten en la desaparición de un determinado reactivo o en la aparición de un determinado producto. as más comunes son& aquellas en las que un reactivo se descompone en varios productos % aquellas en que los reactivos iniciales dan lugar a un mismo producto. n C-7) del primer tipo lo constitu%e la reacción de nitración del fenol con ácido nítrico diluido para formas los isómeros o+ % p+nitrofenol
CONCLUSIONES •
's una reacción competitiva en la que un reactivo se debate en producir un componente deseado en contraposición con la producción de uno o más componentes no deseados, esto sucede cuando un reactivo posee más de una vía de descomposición
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Bdentificando 0 como el componente deseado debemos emplear métodos de reacción que permitan incrementar la producción de este % minimi"ar la producción del componente no deseado , debido a que incorporar esquemas de separación incrementarían los costos.
'I'LIO(RAF)A • • • •
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