Curso de Herramientas de Aprendizaje Autónomo

Profesor: M.C. Roberto Murueta Fortiz

Alumna: Claudia Montero Martínez

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ingeniería QuímicaColegio de Ingeniería Química

REACTORES QUÍMICOS I

Orden de la presentación

1. Datos generales de la asignatura

2. Introducción

3. Diagrama V de Gowin

4. Ejemplos de aplicación

5. Conclusión

6. Fuentes de Información

1. Datos generales de la asignatura

Cuatrimestre en que se Cursa: Séptimo

Créditos que vale: CincoNivel: FormativoÁrea: Procesos IndustrialesRequisitos: IDIQ-201

(Fisicoquímica IV)

2. IntroducciónEl objetivo de este módulo es adquirir las nociones básicas sobre los reactores químicos, sus tipos y procedimiento de diseño.

En el contexto de la industria química, un reactor químico es una unidad de proceso diseñada para llevar a cabo una o varias reacciones químicas.

Permite la aplicación de los balances de materia y energía, cinética química, equilibrio químico, ecuaciones diferenciales ordinarias, métodos numéricos, uso de software

especializado integrándolos en un todo.

3. Diagrama V de Gowin

Reactores Químicos I

Dominio Conceptual Dominio Metodológico

Filosofía Preguntas centrales: Afirmaciones de Valor

Afirmaciones de ConocimientoTeorías

Principios y Leyes

Acontecimientos

Registros

Conceptos Clave

Transformaciones:

Adoptar la capacidad para modelar, simular y diseñar reactores, en los diferentes procesos de producción haciendo un uso eficiente de la materia y la energía, lográndose así el mayor conocimiento de la asignatura .

Química, Geometría, Calculo Diferencial e Integral, Termodinámica

Principios de la Termodinámica, Principio de mínima acción y mecánica cuántica

Reactor químico, sistemas y reacciones homogéneas y heterogéneas, fases, tiempo y velocidad espacial, reactores continuos, semi-continuos e intermitentes.

El conocimiento de esta asignatura es muy importante, ya que se lleva a cabo la practica de lo aprendido anteriormente.Conlleva las diferentes relaciones que existen entre el Calculo y la Química

Es una unidad de proceso diseñada para llevar a cabo una o varias reacciones químicas.

Los reactores se dividen en 3 de acuerdo a su modo de operación:

Intermitentes, por lotes o batch Continuos Semi-continuos o reactores de flujo no

estacionario. Condiciona en gran medida el éxito de una planta

química.

Ver registros siguientes

¿Qué es un Reactor Químico?

¿Cuántos y cuales son los tipos de Reactores Químicos que

existen?

¿Cuál es su importancia en la Industria Química?

Ver mapas siguientes

Registros

Un reactor químico es una unidad procesadora diseñada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones químicas. Dicha unidad procesadora esta constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y salida para sustancias químicas, y esta gobernado por un algoritmo de control.

Tienen como funciones principales:

– Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del tanque, para conseguir una mezcla deseada.

– Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el catalizador.

– Permitir condiciones de presión, temperatura y composición de modo que la reacción tenga lugar y velocidad deseada, atendiendo a los aspectos termodinámicos y cinéticos de la reacción.

Transformaciones

Reactores

Heterogéneos

Catalícos

Sólido-Gas

Líquido-Gas

Sólido-Líquido-Gas

No Catalícos

Sólido-Gas

Líquido-Gas

Sólido-Líquido

Homogéneos

Clasificación de Reactores Químicos según su modo de

operación

Intermitentes, por lotes o batch

ContinuosSemi-continuos o reactores de

flujo no estacionario

Transformaciones

4. Ejemplo de aplicación

A un reactor de laboratorio conteniendo 3 g de un catalizador de acoplamiento oxidativo de metano (Li/MgO) a 790ºC se alimentan 200 Ncm3/min de una mezcla conteniendo distintas relaciones CH4/O2, sin diluyentes. A la salida del reactor se mide el caudal, después de haber eliminado el agua formada en la reacción, y los productos se analizan por cromatografía de gases.

Los datos obtenidos de dos experimentos se recogen en la tabla adjunta. Calcular las conversiones de metano y oxígeno, así como la selectividad y el rendimiento a hidrocarburos C2 (etano y etileno).

SoluciónEl proceso de acoplamiento oxidativo de metano puede representarse por:

2CH4 + 1/2O2 → C2H6 + H2OA su vez, el etano formado puede deshidrogenarse térmica u oxidativamente para dar etileno de acuerdo con:

C2H6→ C2H4 + H2,

o bien

C2H6 + 1/2O2 → C2H4 + H2O

Al mismo tiempo, son posibles otras reacciones, como formación de hidrocarburos superiores a partir del etano y etileno producto de la reacción, o la combustión de reactantes y/o productos a CO y CO2 que es la reacción indeseada que debe evitarse.

Teniendo en cuenta los datos de la tabla, para el caso de una alimentación con relación

CH4/O2 igual a 4, se puede escribir

Para la selectividad a hidrocarburos C2, si todo el metano reaccionado se convirtiese en etano y etileno dos moles de metano darían uno de C2, es decir νA=2 y νR=1, con lo que

El rendimiento sería:

ΦC2 = XCH4SC2 = 0.183

Para el caso de una relación CH4/O2 igual a 3, los cálculos se realizan análogamente. La tabla que se presenta a continuación resume (en porcentajes) los resultados del problema:

Otras Aplicaciones

En los procesos farmacéuticos, químicos y de polimerización usan tanques reactores para contener las reacciones químicas. La velocidad de reacción química y la calidad del producto se controlan frecuentemente por un intercambiador de calor externo para elevar la temperatura y un sistema criogénico para reducir la temperatura.

5. ConclusiónLa importancia que existe de los reactores químicos en la industria, es que dependiendo el tipo de reactor que utilice, condiciona el éxito de una empresa.

La asignatura es la practica de lo ya aprendido en clases de Calculo y Química, es la relación que existe para llevar a cabo un REACTOR QUÍMICO.

6. Fuentes de información.I. Texto.• De la Peña Manrique, Introducción al análisis ingenieril de los

reactores químicos, Edit. Limusa • Santamaría, J.M., Herguido, J., Menéndez, M.A.,Monzón, A.,

Ingeniería de reactores. Síntesis, Madrid. 1999• Levenspiel, O., Ingeniería de las reacciones químicas (3ª

edición). Limusa Wiley, México 2004.• Santamaría, J., Braña, P., Maphre, Análisis y reducción de

riesgos en la industria química. Madrid 1994.• http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/

IntroReactores_10564.pdf

• http://www.slideshare.net/IsraelCaballero1/reactores-qumicos-9193771

• http://www.itmatamoros.edu.mx/files/pdf/Programas/IQUI-2010/IQUI-2010-232%20Reactores%20Quimicos.pdf

• http://mx.magnetrol.com/applications.aspx?application=161&button=32

II. Imágenes.• http://avibert.blogspot.com/2012/03/regimen-adiabatico-en-reactor-

de-flujo.html (Reactor de Flujo en Pistón)• http://www.noriega.com.mx/shop/item.asp?itemid=7397

(Libro “Introducción a la Teoría de los Reactores Químicos”)• http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/reciclado-quimico.html?

x=20070822klpingtcn_43.Kes&ap=3 (Esquema de Reciclado Químico, mediante un reactor)

• http://www.ingenieriaquimica.org/imagenes_de_plantas_quimicas/reactor_quimico (Reactor Tanque Agitado II)

• http://gheizelpost.blogspot.mx/2011/03/reactores-quimicos.html (Reactor)

• http://www.siafa.com.ar/notas/nota23/reaccionesexotermicas3.htm (Esquema del sistema de circulación del reactor discontinuo, para la reacción entre óxido de etileno y glicerol.)

• http://mx.magnetrol.com/applications.aspx?application=161&button=32 (Industria)

• http://mx.globedia.com/chaval-quiso-construir-reactor-nuclear (Práctica de Reactores)