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Reactores químicos Segundo parcial - Coggle Diagram
Reactores químicos Segundo parcial
Balance de momento
El momento lineal es una cantidad vectorial.
La fórmula es:
Donde: P es el vector; M es la masa y V es la velocidad
Se basa en la ley de Newton
El cambio de momento es igual a la suma de todas las fuerzas que actúan en dicho sistema.
Utiliza la misma fórmula general de balance de masa + la suma de las fuerzas como término de rapidez de generación.
El momento lineal no se conserva, esto se debe a que es generado por fuerzas externas al sistema. El momento se conserva si no hay fuerzas externas.
Ecuación para la conservación de balance de momento para un volumen de control
F es la fuerza desarrollada sobre el fluido del volumen de control y puede escribirse en términos de X, Y y Z.
Fuerza de cuerpo (Fxg)
F causada por la gravedad/masa total del V de control= M*g
Cuando x es horizontal = 0
Fuerza de fricción (Fxs)
Fuerza que se desarrolla una pared sólida sobre el fluido cuando la superficie de control atraviesa el sistema.
Fuerza de la superficie sólida (Rx)
F ejercida por la superficie sólida sobre el fluido
Fuerza de la presión (Fxp)
F causada por las presiones que actúan sobre la superficie del fluido.
Balance de materia con reacción
Existe un término de producción o consumo
Si hay proporción estequiométrica, todos los reactivos se consumen.
Si uno de los reactivos está en menor cantidad estequiométrica, se consume primero el
reactivo limitante
y los demás son
reactivos en exceso
.
Fracción de conversión
Reacciones adyacentes
Productos reaccionan con reactivos iniciales
dando productos no deseados
Si hay separación de productos y
recirculación de los reactivos no consumidos
Conversión global = entrada de reactivos al proceso - salida de reactivos de proceso / entrada de reactivos al proceso
Combustión
Reacción entre un combustible (sustancia que se quema) y un comburente (produce la combustión, generalmente O2)
Composición de productos de la combustión dependen del tipo de combustible usado.
Si es un hidrocarburo: CO2, CO, H2O
Combustión incompleta: CO2 y CO
Combustión completa: todo el C se convierte en CO2
Puede tener base húmeda y base seca
Base húmeda: fracciones molares de componentes de mezcla gaseosa, incluyendo agua
Base seca: fracciones molares del mismo gas, sin agua
Se suministra: oxígeno teórico (moles para combustión completa)
Aire teórico: aire que contiene el O2 teórico
Aire en exceso: cantidad en exceso de aire que entra respecto al teórico
Si hay reacción química
Hay cambios de entalpía
Si es positico, se debe suministrar calor para que no disminuya T y velocidad, es
endotérmica
Si es negativo, la reacción suministra calor que debe aprovecharse y el cambio es
exotérmico
Calor de reacción
Cambio de entalpía para un proceso donde las cantidades estequiométricas de reactivos reaccionan en su totalidad en una reacción única
Generan productos a las mismas temperatura y presión
Su valor depende de los estados de agregación de reactivos y productos, y el número de moles
A P bajas y moderadas, es independiente de la P
Si es a V constante, el calor es la variación de energía interna del sistema
Ley de Hess o de suma constante de calor
El calor neto absorbido o desprendido en un proceso químico es el mismo si la reacción ocurre en una o varias etapas
Reacciones de formación y calor de formación
Aquella por la cual se forma el compuesto a partir de sus constituyentes elementales en la forma en que se encuentra en la naturaleza
Cambio de entalpía asociado con la formación de 1 mol compuesto a la temperatura y presión, es el
calor estándar de formación
Integrantes del equipo
Ixchel Janice Aguirre Hernandez
74600871
Juan Miguel Vázquez Cortes
74600864
Yasley Iran Cerezo Benavides
74600857
Cinética química
Clasificación de reacciones químicas
Heterogéneas
Se necesitan 2 fases para que transcurra la velocidad
Catalíticas
Velocidad se altera por
catalizadores
(retardan o aceleran la reacción) funcionan como mediadores
Homogéneas
Catalizadas
Son reacciones rápidas
Mayor parte en fase gaseosa
No catalizadas
Mayor parte en fase líquida
Reacciones en sistemas coloidales
Simple
Su transcurso se puede representar por una ecuación estequiométrica y una cinética
Múltiples
Necesita más de una ecuación estequiométrica y cinética para seguir las variaciones de cada componente
En serie
En paralelo
Competitiva
Simultanea
Velocidad de reaccion
Cantidad de sustancia que se transforma en una reacción por unidad de volumen y de tiempo
Factores que afectan la velocidad de reaccion
Sistema Homogéneo
T
Cuando la temperatura de la reacción es alta la velocidad incrementa
P
La velocidad de las reacciones incrementa con la presión
Composición
Sistema Heterogéneo
Numero de fases
Naturaleza de la reaccion
Algunas reacciones rápidas o lentas por naturaleza y esto depende del número de especies reaccionantes
Concentración
La velocidad de la reacción aumenta conforme la concentración de los reactivos aumenta
Orden de la reacción
Controla como afecta la concentración a la velocidad
Reacción de orden 0
n=0
Reacción de primer orden
n=1
Reacción de segundo orden
n=2
Energía de activación
La energía mínima que necesita un sistema para poder iniciar un determinado proceso
Solventes
Las propiedades de la solución en la que se da la reacción afecta a la velocidad de esta
Radiación electromagnética e intensidad de luz
La radiación electromagnética es una forma de energía puede aumentar la velocidad o hacer que la reacción sea espontánea
Catalizadores
La presencia de un catalizador incrementa la velocidad de la reacción al proveer una proyectaría con energía activación negativa
Superficie de contacto
En reacciones en superficies, que se dan por ejemplo durante catálisis heterogénea, la velocidad de reacción aumenta cuando el área de la superficie de contacto aumenta.
Mezclado
Si la fase es homogénea o heterogénea tiene un efecto en la velocidad de la reacción
Isótopos
La velocidad de reacción varía entre moléculas del mismo tipo cuando tienen isotopos diferentes
Estudia la velocidad, considerando los factores y la causa de la velocidad de reacción
Diferentes formas de velocidad de reacción
Basada en la unidad de masa de sólido en un sistema sólido-fluido
Basada en la unidad de volumen de fluido reactante
Basada en la unidad de superficie de interfase en los sistemas de dos fluidos
Basada en la unidad de volumen de sólido en sistemas gas-solido
Basada en la unidad de volumen del reactor o en la del volumen del fluido
Ley de la velocidad
Del estudi experimental de la cinética de una reacción se deduce que la es una ecuación que expresa la velocidad de las sustancias
Velocidad integrada
Para calcular la concentración de un reactivo que quedará transcurrido un tiempo después de que se consuma
Velocidad media
Es el tiempo necesario para que su concentración pase a ser la mitad del valor inicial (para una reacción de perimétrico orden)
Mecanismos de reacción tipicos
Teoría de colisiones
Propone que para una reacción química pueda producirse debe de experimentar colisiones entre los reaccionantes
La velocidad de reacción dependerá de:
La frecuencia de los choques corn orientación adecuada
La frecuencia de los choques con energía suficiente para llegar a estado de transición
La frecuencia de los choques
Teoría del estado de transición de velocidades de reacción :
Complejo activado
En principio, solo A y B entran en contacto, se deforman, intercambian átomos o los rechazan. La energía potencial alcanza un máximo y la aglomeración de átomos que corresponde a la región vecina al máx es el complejo activado.
Identifica los aspectos principales que rigen al valor de una constante de velocidad en términos de un modelo de eventos que ocurren en la reacción
Molecularidad
La ecuación de reacción elemental indica el número de partículas eactivos implicados que colisionan para producir la reacción
Molecularidad y orden de reacción
La ley de velocidad para una reacción elemental está dada por el producto de la constante de velocidad por las [] de los reactivos en esta etapa
Reacción elemental
Una T dadá el número de colisiones es proporcional a la [] de los reactivos en la mezcla, la velocidad de desaparición de A vendrá dada por:
Se producen con la formación de un solo complejo de activado y tienen que superar sólo una barrera energética
Existen 3 tipos
Descomposición
Desplazamiento
Combinación
Reacción no elemental
Son aquellas en las que no hay correspondencia entre la ecuación estereoquimica y la cinética
Reacción compleja
Transcurre entre 2 o más etapas con formación de intermediarios
Los intermediarios son moléculas que aparecen en el mecanismo de la reacción pero no ene la ecuación inicial
Intermediario
Es una especie química de baja estabilidad que aparece y desaparece en el mecanismo de una reacción, no aparece en la ecuación de la velocidad
Carbocation
Carbeno
Radical libre
Átomos libres o fragmentos estables de moléculas más grandes que contienen uno o más electrones no apareados, este electrón se representa con un punto junto a la sustancia
Carbanion
Iones y sustancias polares
Los iones son átomos o molecular que están cargados positiva o negativamente
Pueden actuar como productos intermedios activos en reacciones
Complejos de transición
Las muchas colisiones entre moléculas de los reactivos originan una aplia distribución de energía entre moléculas, esto origina tensiones en los enlaces
Los esquemas de las reacciones pueden ser
Reacciones sin mecanismo en cadena
El producto intermedio se forma en la primera reacción y desaparece al reaccionar depuse para obtener el producto
Reacciones con mecanismo en cadena
En las reacciones con mecanismo en cadena el producto intermedio se forma en la primera reacción, llamada eslabón de iniciación, después reacciona con el reactivo dando el producto y producto intermedio en el eslabón de propagación
