Fundamento Fundamento de reactores heterogéneos
En estos están presentes dos o hasta tres fases Pueden ser catalíticos o no catalíticos que operan en modelos de tanque o del tipo flujo tubular.
Los reactores catalíticos heterogéneos son la clase más importante de reactores utilizados por la industria química. Si su importancia se mide por el valor al por mayor de los bienes producidos, la capacidad de procesamiento o la inversión global en los reactores y equipos periféricos asociados, no hay duda del rol económico principal que los reactores de este tipo desempeñan en la sociedad tecnológica moderna . Este capítulo examina una serie de temas que deben considerarse en el diseño de reactores catalíticos heterogéneos. Se hace especial hincapié en el concepto de los factores de efectividad del catalizador y las implicaciones de los procesos de transferencia de calor y masa para el diseño de reactores de lecho fijo.
AN INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING KINETICS & REACTOR DESIGN CHARLES G. HILL, JR. The University of Wisconsin
Cinética heterogénea (definición de velocidad de reacción, formas de expresar la velocidad de reacción para sistemas heterogéneos)
Para una reacción en fase gaseosa catalizada por un sólido, el catalizador está comúnmente en forma de partículas o gránulos de varias formas y tamaños posibles, y se forma de varias maneras. Tales partículas son generalmente porosas, y la superficie interior accesible para las especies que reaccionan es usualmente mucho mayor que la superficie exterior bruta. La naturaleza porosa de la partícula de catalizador da lugar al posible desarrollo de gradientes significativos de concentración y temperatura a través de la partícula, debido a la resistencia a la difusión del material y la transferencia de calor, respectivamente. La situación se ilustra esquemáticamente en la figura 8 .9 para una partícula esférica o cilíndrica (vista desde el extremo) del radio R. Los gradientes de la izquierda representan los de CA, por ejemplo, para A (g) +. . . - + producto (s), y los de la derecha son para la temperatura T; los gradientes en cada caso, sin embargo, son simétricos con respecto al eje de la línea central de la partícula. Primero, considere el gradiente de CA. Como A se consume por reacción dentro de la partícula, hay una tendencia espontánea para que A se mueva desde el gas a granel (CA y hacia el interior de la partícula, primero mediante transferencia de masa a la superficie exterior (c, &) a través de una película supuesta, y luego mediante algún modo de difusión (Sección 8.5.3) a través de la estructura de poro de la partícula. Si la reacción de la superficie es "irreversible", todas las A que entran en la partícula reaccionan dentro de la partícula y ninguna deja la partícula como A; , hay una contradifusión de producto (por simplicidad, normalmente asumimos contradifusión equimolar). La concentración, cA, en cualquier punto es la concentración de la fase gaseosa en ese punto, y no la concentración de la superficie. A continuación, considere los gradientes de temperatura. Si la reacción es exotérmica, el centro de la partícula tiende a estar más caliente y, a la inversa, una reacción endotérmica. En la figura 8.9 se indican conjuntos de gradientes. La transferencia de calor a través de la partícula es principalmente por conducción, y entre superficie de partícula exterior (T) y gas a granel (T) por conducción convectiva combinada a través de una capa límite térmica, que se muestra por conveniencia en la Figura 8.9 para coincidir con la película de gas para la transferencia de masa. (Las cantidades A, ATp, ATf y AT ,, se usan en la Sección 8.5.5.)
La cinética de las reacciones superficiales descrita en la Sección 8.4 para el modelo LH se refiere a la reacción en un punto de la partícula a valores particulares de cA ( o PA) y T. Para obtener una ley de velocidad para la partícula como un todo, debemos tener en cuenta la variación de CA
y T de alguna manera, lo que significa tener en cuenta los efectos difusionales y térmicos dentro de la partícula, y entre las partículas y el gas a granel. Este es el tema del resto de esta sección.
INTRODUCTION TO CHEMICAL REACTION ENGINEERING AND KINETICS Ronald W. Missen Charles A. Mims Bradley A. Savill
