Unidad 1. Reactores homogéneos discontinuos

Transcripción

1 Rectoe Químco: U U Rectoe homogéeo cotuo El ecto químco e el cozó e culque poceo químco Lo poceo químco e poyect p obtee ecoómcmete u poucto, covete epece químc bt e ot epece químc vlo, y lo geeo químco o quello eteo téccmete p eteelo y melo L ue e epcó o, geelmete, lo compoete myoe e u poceo químco, u popóto e pufc mte pm te que ét ete l ecto químco y pufc lo poucto epué e que éto le el ecto ee el ecto puee l ectvo o coveto, olvete y too lo ubpoucto, que ebe epe el poucto eeo te e que éte e veo o e uo como ectvo e oto poceo químco Mte Pm Poceo e Sepcó Poceo Químco Poceo e Sepcó Poucto Subpoucto El compoete clve e culque poceo químco e el ecto químco; éte o pouce mpuez e el poucto, e gee ge hoo e u poceo ebo l opecoe e epcó Lo coto e opecó e u ecto puee e el l 5% el totl, met que l ue e epcó om el tmño y coto e lo poceo; el eempeño el ecto químco cotol totlmete lo coto y moo e opecó e l coto ue e epcó, y po coguete e l ecoomí globl e mucho poceo L ecoomí e u poceo químco e ve efleo po l combcó e ve áe, como e puee ve e el guete equem, emoámc Fluo e Fluo Mtemátc eño ál Ecoómco étc Recto Químco Poceo Químco $ feec e m feec e clo Mtele otol e Poceo

2 Rectoe Químco: U El eño e ectoe químco y l cétc químc cottuye l be e l pouccó e c too lo poucto químco utle El coocmeto e l cétc químc y el eño e ectoe o, pcplmete, lo elemeto que hce l feec ete lo geeo químco y oto tpo e geeo L eleccó e u tem e eccó que opee e l fom má egu y efcete puee e l clve p el éxto o fco ecoómco e u plt químc L etp e eccó e l má gfctv el poceo, eo el eño el ecto u opecó muy mpotte, y que p u mmo poceo e puee popoe feete eño El eño óptmo o e b olmete e meo el coto el equpo; puee hcee u eño co u coto bo el ecto, peo l coete e l el ecto puee eque u ttmeto cuyo coto e má elevo que empleo oto eño El eño má ecuo ebe coe l ecoomí globl el poceo, cumpleo co lo pecto técco y opetvo el poceo El eño e ectoe químco e l pte e l geeí epecífc el geeo químco, y tl vez et ctv utfc l extec e l geeí químc como u m tt e l geeí E el eño el ecto e ebe epoe o pegut: Que cmbo e epe que ocu? o que pez teá lug cho cmbo? L pme pegut cocee l temoámc y l egu lo feete poceo e veloc (cétc químc, tfeec e clo, etc) emoámc L temoámc umt o fuete mpotte e fomcó ece p el eño: el clo e eccó y l exteó máxm poble e l eccó L temoámc pemte tmbé el cálculo e l cotte K e equlbo químco pt e l eegí lbe e Gbb (G ) e l utc eccote P el obetvo e pouc u poucto epecífco u veloc e pouccó pt e ectvo cooco e ebe coe lo guete: ) El tpo e ecto e uo, eto e btch (po lote), SR, PFR, e lecho fo, etc b) El moo e opecó, eto e l eccó e llev cbo como u poceo btch o como u poceo e fluo cotuo o embtch? c) El ecto opeá otémcmete, bátcmete o e me teme?

3 Rectoe Químco: U ) uál e l cocó fíc e lo ectvo l et l ecto?, e ebe coe peó, tempetu y compocó e lo ectvo El eño el ecto popoco l guete fomcó: ) El tmño el ecto, u cofgucó geel y l meoe e lo elemeto teo b) L compocó exct y l cocó fíc e lo poucto el ecto c) L cocoe opecole e peó y tempetu, el ecto lfccó e lo ectoe Lo ectoe químco puee ve e ve fom, u e ell e l elco co l fe peete o epecto eto e tee o ge ctegoí: homogéeo y heteogéeo E lo ectoe homogéeo etá peete ólo u fe, líquo o g uo e tee má e u ectvo, ebe mezcle p fom u tem homogéeo E lo ectoe heteogéeo o, o quzá te fe etá peete E lguo co, oe u e l fe e ól, ét uele e el ctlzo Ot clfccó e lo ectoe químco etá elco co el moo e opecó btch o cotuo o emcotuo El ecto btch e u ecpete l cul e le touce el couto e ectvo, e upee el umto e ectvo, y e pemte que e lleve cbo l eccó, epué e lo cul e ecg lo poucto; e eceo, e hce lmpez l ecto y e pocee uevmete cg el ecto co lo ectvo y e epte el cclo epetmete El ecto btch e emple, y e () cuo l pouccó e poc y/o () cuo l veloc e eccó e muy pequeñ, e ec, l pez e geecó e poucto e let L popee como cocetcó, tempetu y peó o fucó excluvmete el tempo e eccó 3

4 Rectoe Químco: U el tpo e ectoe cotuo e tee lo ectoe tubule o ectoe cotuo tpo tque, cocoo co gto U ecto tubul e fluo cot e u tubo cuyo popóto e p lo ectvo lo lgo el tubo, eto lo ectvo l co el tubo y obteeo lo ectvo l fl e éte; exte muy poco temezclo e el tubo Ete tpo e ectoe e emple cuo e equee u g pouccó y/o cuo e tee veloce e eccó lt P eccoe e fe geo e muy ecuo emple ete tpo e ectoe u cuo l pouccó e b L popee como cocetcó, tempetu y peó o fucó excluvmete e l pocó lo lgo el ecto U ecto cotuo tpo tque gto (SR po u gl e glé otuo Ste k Recto) cot e u tque cocoo co u gto que pe completmete lo ectvo u vez que éto et l tque Lo poucto le el ecto cotumete y, e el eto el e mezclo pefecto, et coete teá l mm ccteítc que el coteo el tque Ete tpo e ectoe e emple cuo e tee veloce e eccó lt P eccoe e fe líqu e muy ecuo emple ete tpo e ectoe lgu vece e emple vo tque gto coecto e ee E el ecto embtch e tee que, po eemplo, el ecto e cg co uo e lo ectvo met que oto ectvo e co cotumete ute el peoo e tempo e l eccó Et opecó e peet, pcplmete, cuo e tt tem co ectvo líquo y geoo mbé e u e tem oe l eccó e emo volet lo ectvo e mezcl úbtmete y l veloc e có cotu el ectvo etá egul po l 4

5 Rectoe Químco: U veloc e tfeec e clo Et opecó tmbé e veto cuo e exte el ego e tee eccoe múltple; co l có let e uo e lo ectvo e popc u cocetcó b e éto, muyeo cho ego Ifluec el clo e eccó obe el tpo e ecto oco co c cmbo químco hy u clo e eccó, el cul e muy poco co puee e t pequeño que puee e epeco E lo co e eccoe exotémc o eotémc, e eceo tom e cuet el efecto el clo e eccó o eccoe ltmete exotémc, hbá u utcl cemeto e tempetu meo que e emuev cho clo S e ee ope u ecto tempetu cotte, e eceo me, emove o co, el clo e eccó S o hy tfeec e clo (opecó bátc) hbá u cmbo e l tempetu el ecto co el poceo e eccó, e pouce u cmbo e l eegí te e l mezcl ectv Po mplc el eño e pefee opecó bátc S l opecó e o bátc, e puee tee feete cofgucoe, e lo ectoe, p l emocó o có el clo P ectoe tpo btch, o tpo SR, e puee emple chquet (), epete (b) o tecmbo e clo exteo (c) P ectoe tubule, e puee emple cofgucoe como tubo echqueto (), ecto multtubul (b) o tubeí tpo hoo (c) 5

6 Rectoe Químco: U í mmo, e puee buc tegcó e eegí y que e ocoe lo ectvo et l ecto tempetu feete l tempetu e eccó co lo que puee emple tecmboe e clo, teo o exteo, p ecu lo ectvo l cocoe e eccó, Eecco obe clo e eccó y obe exteó e l eccó 6

7 Rectoe Químco: U étc químc y veloc e eccó L veloc e eccó e l pez co que lo ectvo e covete poucto oe l guete eccó, ν + ν ν + ν L veloc e eccó e u compoete e efe como, poeccó () í, = molee geeo po eccó ( u e volume)( u etempo) o o Peo tmbé Y e me ml y P evt mbgüe e eceo epecfc epecto cuál compoete e expe l veloc e eccó L veloc e eccó epee e l compocó, l tempetu y l peó, = f (compocó, peó, tempetu) omo l peó y l tempetu o teepeete, P = f (), etoce l veloc e eccó e expe como, = f (compocó, tempetu) 7

8 Rectoe Químco: U Reccoe elemetle y o elemetle E l eccoe elemetle l coloe molecule e lo ectvo, o popocole l veloc e eccó, co lo que l veloc e eccó e expe e cueo l peetcó etequométc e l eccó í, po eemplo, p l eccó + + k k R = k = k oe k e el coefcete cétco l eccoe cuy ecucó cétc coepoe u ecucó etequométc e le eom eccoe elemetle uo o hy coepoec ete l ecucó etequométc y l cétc, l eccoe e eom o elemetle Po eemplo, L ecucó cétc e, H H H P l eccó elemetl + k k / H H / Oe e eccó k 3 El oe globl e l eccó e obtee umo lo coefcete e l cocetcoe e lo compoete expeo e l veloc e eccó S embgo, tmbé e puee c el oe e eccó epecto c u e l epece mplc í, p l expeó e l veloc e eccó, - = k El oe globl e l eccó e e 3, met que el oe e eccó epecto e y el oe e eccó epecto e 8

9 Rectoe Químco: U oefcete cétco L ue el coefcete cétco, cluo e l expeó e l veloc e eccó epee el oe globl e eccó, e fom tl que l ue e l veloc e eccó ebe e, P u eccó e pme oe mole ( u e volume)( u etempo) k k tempo P u eccó e eguo oe k P u eccó e tece oe k volume mole * tempo k 3 volume mole * tempo k y í ucevmete El coefcete cétco puee e u vlo cotte, embgo, ete coefcete puee e flueco po l tempetu y el moelo má geel puee e epeeto po meo e l ecucó e heu, co lo que, k e E / R () oe: e el fcto e fecuec, E e l eegí e ctvcó, e l tempetu bolut y R e l cotte uvel e lo ge Equlbo químco e eccoe elemetle U eccó químc puee lcz el equlbo químco po o cu: () poque e u eccó eveble y o e poble covet má ectvo e poucto, po l cocoe opecole y/o po que e hy goto el ectvo lmtte, y () poque e u eccó eveble, l veloc e fomcó e poucto, pt e ectvo e gule co l veloc e ettucó e ectvo, pt e poucto () oe l guete eccó elemetl eveble 9

10 Rectoe Químco: U + k R + S E el equlbo, K = () oe l guete eccó elemetl eveble R S + k k R + S S e expe l veloce e eccó epecto R e tee, R k R v k R S E el equlbo R = R v, po lo que, oe K e l cotte e equlbo químco k R S k = k R S = = K k oveó o go e coveó () L coveó () c el go e vce e u eccó í, l coveó e l epece ( ) e el úmeo e mole e que ecco po mol e lmeto l tem e eccó, P eccoe eveble molee queecco = molee queet l tem eeccó P eccoe eveble, l máxm coveó e l coveó e equlbo, mx = e P ef l coveó e coveete eleg uo e lo ectvo como be e cálculo y e elco l emá epece peete co et be Po lo geel e elge l ectvo lmtte como l be e cálculo P u eccó culque, po eemplo,

11 Rectoe Químco: U c b + + U vez que e elecco l be e cálculo, l elcó e l ot epece e hce veo lo coefcete etequométco e l ot epece ete el coefcete etequométco e l be e cálculo oeo l compoete como l be e cálculo, c b + + Ecucoe p cocetcoe e ectoe cotuo omo como be l epeetcó etequométc teo, l cocetcoe e l epece químc o: c c b b / / / / / / o = = = Eecco

12 Rectoe Químco: U ál mol y témco e ectoe álculo e ectoe homogéeo otémco Ecucó geel e blce mol oe el guete tem, El blce mol geel el tem e, F F (3) oe e el úmeo e mole y F e el fluo mol El blce mol p el compoete e culque tte e, F F G (4) oe G e l veloc e geecó e po eccó químc eto el tem, e el volume el ecto mole mole G * volume (5) tempo tempo * volume S l veloc e geecó (o coumo) e l epece p l eccó ví co l pocó eto el volume el tem, e ec p lo feete M ubtem (ub volúmee) que cofom el volume el tem, G G M G M (6) o como fucó e l pocó Suttuyeo F F F G F (7)

13 Rectoe Químco: U S l mezcl e l eccó etá pefectmete mezcl, lo que mplc que o hy vcó e l veloc e eccó e el volume el ecto, etoce, (8) Eto e, p u ecto o, el blce mol que como, F F (9) Ecucó geel el blce e eegí oeo el mmo tem, el blce e eegí que como, E tem F H et F H l Q cooltem W hecho po el tem () lzo c uo e lo témo e tee, E tem : E ^ ^ ^ ^ ^ tem E E c, E p, U U () Peo H = U + P, po lo que E tem ^ ^ H P ^ H P ^ ^ H P () E fom feecl, E tem H P (3) ^ S l vcoe e (P) o epecble, P E tem ^ H H H (4) 3

14 Rectoe Químco: U Reolveo, E tem p H (5) omo como ectvo be l epece, e tee Etem Fo F (6) o lo que, Peo, H F H F H o H (7) H H Rx (8) Suttuyeo, p H Rx F o H F o H o F H F H QW (9) o lo que e obtee, F o H H H o Rx p QW () Et expeó epeet el blce e eegí p u ecto P eccoe e fe líqu, oe l vcó e p o e gfctv, e puee tee, p p o p p ; () oe p e l cpc cloífc e l olucó emá, H o H Fop o F p Fo () o lo que el blce e eegí p u ecto e fe líqu que como, 4

15 Rectoe Químco: U F p H Rx Q W (3) p Moelmeto e u Recto tch (Po lote) ooceo que l opecó e u ecto btch o coe et e ectvo l e poucto, e l ecucó geel e blce mol e tee, = (4) e l ecucó e blce mol p el compoete e tee, G (5) S l mezcl e l eccó etá pefectmete mezcl, lo que mplc que o hy vcó e l veloc e eccó e el volume el ecto, etoce, = (6) Sepo vble y eolveo co lo límte e que t =, =, e tee, t (7) Et e l fom tegl el blce mol e u ecto cotuo 5

16 Rectoe Químco: U Ecucó e eño p ectoe cotuo (tch) E u ecto cotuo, el go e coveó e fucó ect el tempo e eccó = f(t); l eccó tem y e poque e lcce el equlbo o po que l eccó e complete omo como be l compoete, e el úmeo e mole cle el compoete e el ecto, etoce el úmeo e mole que ecco epué e tcuo el tempo t e El úmeo e mole ( ) que que e el ecto e clcul como, (8) E témo e eccó, lo que tee etem e u ecto cotuo e el tempo eceo p lcz cet coveó Pteo el blce mol y coeo que e u ectvo, Et e l fom feecl e l ecucó e eño p u ecto cotuo (9) P u ecto cotuo e volume cotte, e tee, / = (3) Reolveo l ecucó e eño p obtee el tempo eceo p lcz cet coveó, coeo que t =, =, e tee eolveo, t (3) Et e l fom tegl e l ecucó e eño e fucó e l coveó p u ecto btch Rectoe cotuo co volume vble P el co e ectoe cotuo e lo cule cmbe el volume, como el co e l myoí e l eccoe e fe geo oeo, p co explctvo, l guete eccó, + b c + 6

17 Rectoe Químco: U 7 c b + + El úmeo totl e mole ( ) e culque tte, y tomo como be e cálculo l compoete, e puee expe como, + = (3) o eccoo que e Mole mole e úmeo totl mbo e el b c veo le ec (6) ete el úmeo totl e mole cle, y (33) oe y e l fccó mol e peete clmete, * y b c (34) e l ec (7) (35) coveó totl, eto e =, = f, eto totle Mole totl p coveó mole e úmeo totl mbo e f lm (36) oeo que p l fe geo e puee emple l guete ecucó e eto, R Z P = (37) Relcoo l cocoe e culque tte t co epecto l cocoe cle, Z Z P P (38) Suttuyeo l ec (9) e l ec () y tomo e cuet que p el fcto e compebl Z = Z, e tee, P P (39)

18 Rectoe Químco: U Et ecucó e plc u ecto cotuo e volume vble S embgo, el ecto e u ecpete e ceo ígo, = P el co e ectoe cotuo co cmbo e volume, ebo l efecto e eccoe e fe geo, l fom tegl e l ecucó e eño e fucó e l coveó p u ecto btch e peet como, t (4) Opecó o otémc, o bátc e u Recto tch (Po lote) Pteo e l ec (), e tee F o H H H o Rx p QW () E u ecto btch O e tee lmetcoe l e poucto, co lo que, H Rx p QW (4) E témo e l coveó e l epece be, pe, eto e =, e tee, (4) H Rx QW p p (43) Opecó o otémc, bátc e u Recto tch (Po lote) Pteo e l ec (39), e tee H Rx p QW (39) 8

19 Rectoe Químco: U Po e opecó bátc, o e tee teccoe e clo co lo leeoe, po lo que, H Rx p W (44) S emá el tbo elzo po el gto e epecble ( W ), e tee, H Rx p (45) L ec (4, 43, 44 o 45) e copl co l ecucó el blce mol (ec 9), tomo como epece be l epece, (46) P u opecó o otémc, bátc, co tbo el gto epecble (ec 45) e témo e l coveó e l epece, e tee H p p Rx p p (47) Y que p p ombo et expeó co l ec 46, e tee, H H Rx Rx p ef p p (48) uy olucó epeet l elcó que hy ete l coveó () e l epece be y l tempetu () eto el ecto Eecco 9