Sesión 3 Cinética de Reactores UIS

CINÉTICA DE LAS REACCIONES

Fundamentos de Procesos Ambientales 2017 Profesor: Juan Pablo Silva V. [email protected] Juan Pablo Silva V. Permitido para uso

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Tipos de Reacciones !

!

!

Reacciones Homogéneas: Implican una sola fase. Los

reactivos se distribuyen uniformemente a través de dicha fase. Reacciones Heterogéneas: Implican más de una fase, con la reacción ocurriendo en la superficie de las fases (interfase). Reacciones Irreversibles: Ocurren en una sola dirección A

!

B

aA + bB ! P













Velocidad de Reacción Es la velocidad o rapidez con que se consumen los reactivos o con que se forman los productos. La velocidad de reacción se expresa como el cambio de concentración en el tiempo. Sus unidades son [mol/L !s] o [g/L!s] Considerando la reacción sencilla: A

!

B dC













Velocidad V elocidad de Reacción y Estequiometría En general, con respecto a la reacción: aA

bB B + b

!

cC

+

dD

La velocidad de la reacción esta dada por:

r

1 dC A =

!

1 dC B =

!

1 dCC =

1 dC D =













Velocidad V elocidad de Reacción y Estequiometría 2HI( g ) r HI "

!

dC HI

!

r H

dt

2

r

H2(g)

!

2

dt

I 2 (g )

dC H !

=

r I

2

dt

dC H

1 dCHI =

+

dt

2

2

dCI =

dt

2

dC I !

2

dt













Ley de Velocidades aA

bB B + b

r

!

cC

+

n

=

kC A C B

k = Constante de velocidad

dD m

m + n = órden de la reacción.

Para una reacción de eliminación (degradación): A

!

B















CINETICA DE LAS REACCIONES aA + bB ! cC + dD r A 2 A

r

!

a

2 R

kC

2

r

=

r B b

=

r c c

=

r D d













CINÉTICA DE













TIPOS DE REACTORES BATCH

No hay flujo de entrada ni de salida. Todos los elementos están expuestos por un tiempo igual. Las partículas del fluido













REACTOR BATCH No hay entrada ni salida. En el tiempo t=0, el reactor se llena, hay mezcla, todos los elementos son sometidos al mismo tratamiento, por un tiempo igual, finalizado el proceso, se descarga. Para una sustancia A













REACTOR BATCH V

dC A dt

0

+

CA

dV dt

=

rV

V

dC A dt

=

rV















REACTOR BATCH,













Reactor Batch, Cinética Orden Cero













REACTOR BATCH, Cinética de Orden Cero













REACTOR BATCH, Cinética de Orden Cero













REACTOR BATCH,







































































































































RCM en Serie – Cinética de Orden Uno C1

Cn

=

=

C0

C2

1 + k 1t 1

=

C1 1 + k 1t 2

=

C0 (1 + k 1t1 )(1 + k 1t 2 )

C0 (1 + k 1t1 )(1 + k 1t 2 )(1 + k 1t 3 )…(1 + k 1t n ) t1

=

t2

=

…t

n

=

tT n













RCMS, Cinética de Orden Uno

Compare el volumen total del reactor requerido para la remoción del 90% de una sustancia que se descompone con cinética de primer orden y constante de reacción de 0.05 d-1 en un sistema de mezcla completa; contra el volumen de tres reactores iguales de mezcla completa en serie.













REACTOR FLUJO PISTÓN x

x+!x

V #C #t #C #t

dC dt

" QC

=

Q e C e ! Q s Cs

!V

=

QC x

!V

=

QC " Q(C + !C) + r !V

( x + !x )

+

r !V

+

rV













REACTOR FLUJO PISTÓN 0 = QC " Q(C + !C) + r !V V

=

A!x

0 = QC " Q(C + !C) + rA!x

0 = QC " QC " Q!C) + rA!x Q!C

rA!x

!C

A =

r !x













RFP - Cinética de Orden Cero dC

A =

Q

rdx

dC

" kA

C

! dC C0

C ! C0

=

!k 0

AL

=

Q

=

! k 0 A Q

dx

L

! dx 0

C ! C0

=

!k 0

V















RFP - Cinética de Orden Uno dC

A =

Q

rdx

dC

dC

k A

=

! k 1CA Q

dx













RFP - Cinética de Orden Dos dC

A =

Q

2

rdx

dC

dC

k A

=

! k 2C A Q

dx













Expresiones Cinéticas Orden Cero Batch C

=

C0 ! k 0 t

Orden Uno C

=

C0e

! k 1t

Orden Dos 1 C

1 =

C0

+

k 2 t













Dependencia de k con la Temperatura Ecuación de Arrhenius

dLnk

Ea













A + B Reacción Exotérmica

+ AB+

C+D Reacción Endotérmica















Ecuación de Arrhenius













Coeficiente de Temperatura













Tabla 2 valores de ! reportados reportados













Reflexiones Finales

Sesión 3 Cinética de Reactores UIS

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