etapas en una reacción catalítica.bueno

53
Etapas en una reacción catalítica Velocidad global de reacción controlada por la velocidad de reacción cuando la velocidad de difusión no es limitante. Equipo no 4 Vázquez Sánchez Jorge Carlos 1

Upload: jorge-carlos-vazquez-sanchez

Post on 11-Aug-2015

46 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

1

Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de

difusioacuten no es limitante

Equipo no 4Vaacutezquez Saacutenchez Jorge Carlos

2

El teacutermino de velocidad estaacute basado en un elemento de volumen del reactor Si el elemento de volumen incluye una regioacuten heterogeacutenea de fluido reaccionante y partiacuteculas cataliacuteticas soacutelidas la velocidad apropiada incorporaraacute las transferencias de masa y de energiacutea del fluido a la superficie soacutelida y en el interior de las partiacuteculas (las partiacuteculas cataliacuteticas suelen ser porosas)

Velocidades Globales o Totales

3

ldquoDisentildeo de reactoresrdquo requiere que se tome en cuenta los procesos de transporte de ldquoMasa y Energiacuteardquo

Velocidades globales y Totales

4

1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)

2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)

3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica

4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)

5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la

superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido

a la corriente de fluido global

PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA

5

Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma

1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)

1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)

DIFUSIOacuteN EXTERNA

6

Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos

1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)

DIFUSIOacuteN INTERNA

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 2: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

2

El teacutermino de velocidad estaacute basado en un elemento de volumen del reactor Si el elemento de volumen incluye una regioacuten heterogeacutenea de fluido reaccionante y partiacuteculas cataliacuteticas soacutelidas la velocidad apropiada incorporaraacute las transferencias de masa y de energiacutea del fluido a la superficie soacutelida y en el interior de las partiacuteculas (las partiacuteculas cataliacuteticas suelen ser porosas)

Velocidades Globales o Totales

3

ldquoDisentildeo de reactoresrdquo requiere que se tome en cuenta los procesos de transporte de ldquoMasa y Energiacuteardquo

Velocidades globales y Totales

4

1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)

2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)

3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica

4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)

5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la

superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido

a la corriente de fluido global

PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA

5

Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma

1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)

1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)

DIFUSIOacuteN EXTERNA

6

Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos

1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)

DIFUSIOacuteN INTERNA

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 3: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

3

ldquoDisentildeo de reactoresrdquo requiere que se tome en cuenta los procesos de transporte de ldquoMasa y Energiacuteardquo

Velocidades globales y Totales

4

1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)

2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)

3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica

4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)

5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la

superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido

a la corriente de fluido global

PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA

5

Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma

1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)

1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)

DIFUSIOacuteN EXTERNA

6

Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos

1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)

DIFUSIOacuteN INTERNA

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 4: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

4

1 Transporte de los reactantes del fluido global a la interfase fluido-soacutelido (superficie externa de la partiacutecula catalizadora)

2 Transporte de los reactantes en el interior de la partiacutecula (si eacutesta es porosa)

3 Adsorcioacuten de los reactantes en puntos internos de la partiacutecula cataliacutetica

4 Reaccioacuten quiacutemica de los reactantes adsorbidos formando productos adsorbidos (reaccioacuten superficial)

5 Desercioacuten de los productos adsorbidos 6 Transporte de los productos de los puntos internos a la

superficie externa de la partiacutecula de catalizador 7 Transporte de los productos de la interfase fluido-soacutelido

a la corriente de fluido global

PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA

5

Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma

1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)

1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)

DIFUSIOacuteN EXTERNA

6

Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos

1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)

DIFUSIOacuteN INTERNA

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 5: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

5

Transporte de reactantes hasta la superficie externa del catalizador y de productos desde la misma

1048705 Gas - soacutelido Reactor tubular control por difusioacuten = f(vgas a traveacutes del lecho)

1048705 Liacutequido-soacutelido Tanque agitado control por difusioacuten = f(rpm agitador)

DIFUSIOacuteN EXTERNA

6

Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos

1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)

DIFUSIOacuteN INTERNA

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 6: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

6

Transporte a traveacutes de los poros del catalizador de reactantes y productos

1048705 control por difusioacuten = f(diaacutemetro de los poros)

DIFUSIOacuteN INTERNA

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 7: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

7

Interaccioacuten de algunos de los compuestos que intervienen en la reaccioacuten con la superficie interna del catalizador

1048705 adsorcioacuten fiacutesica (fuerzas de Van der Waals y London)

1048705 adsorcioacuten quiacutemica (enlace covalente ioacutenico)

ADSORCIOacuteN

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 8: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

8

Consideacuterese una reaccioacuten irreversible en fase gaseosa

A(g) B(g)

que requiere de un catalizador soacutelido C Supoacutengase que la temperatura es constante y que la reaccioacuten se lleva a cabo haciendo pasar el gas sobre un lecho de partiacuteculas no porosas de C Puesto que el catalizador no es poroso no intervienen las etapas 2 y 6

Velocidades totales de reaccioacuten

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 9: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

9

Consideremos las reacciones en fase gas catalizada por superficies soacutelidas Para que una reaccioacuten cataliacutetica ocurra al menos uno de los reactivos debe estar unido a la superficie Esta unioacuten se denomina adsorcioacuten y puede tener lugar por dos procesos

1 Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

2 Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

Reacciones gas-soacutelido

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 10: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

10

las moleacuteculas del gas se mantienen unidas a la superficie del soacutelido por medio de fuerzas de Van der Waals

Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 11: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

11

las moleacuteculas de gas se mantienen unidas a la superficie formando un enlace quiacutemico fuerte

Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 12: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

12

Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

1) Difusioacuten externa

2)Difusioacuten interna

3)Adsorcioacuten

4) R

eaccioacute

n

5)Desorcioacuten6) Difusioacuten

Interna7)Difusioacuten

externa

Las etapas 126 y 7 etapas fiacutesicas(transferencia de materia)Difusioacuten externa e interna de reactivos y productos

Etapas 3 4 y 5 etapas quiacutemicasAdsorcioacuten de reactivos reaccioacuten desorcioacuten de productos

Capa limite

partiacuteculaCentro activo

Flujo principal

Su

perf

icie

de la p

eliacutec

ula

est

anca

da

Su

perf

icie

exte

rior

de la p

art

iacutecula

Su

perf

icie

inte

rna d

e la p

art

icula

r

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 13: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

13

-------------- ------- ------------- Difusioacuten

externa

1 7

--------------------------------------- 2 6 Difusioacuten

interna

--------------------------------------- 3 5

Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea

A B

4 Superficie

cataliacutetica

A B

Una reaccioacuten ocurre sobre la superficie pero las especies que participan en la reaccioacuten deben

llegar a la superficie y luego alejarse de ella

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 14: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

14

Reaccioacuten Cataliacutetica

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 15: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

15

Cada etapa del mecanismo se considera elemental reversible

Son etapas en serie La etapa maacutes lenta seraacute la etapa controlante

(no estaraacute en equilibrio) El resto de etapas se consideran en equilibrio

(porque son suficientemente raacutepidas) El balance global de las reacciones del

mecanismo da como resultado la reaccioacuten principal de estudio

La superficie del catalizador contiene un nuacutemero determinado (constante) de centros activos

Etapas Quimicas

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 16: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

16

El equilibrio de cada reaccioacuten elemental del mecanismo estaacute caracterizado por la constante de equilibrio correspondiente

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 17: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

17

A + I AI

AI RI

RI R + I

Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 18: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

18

El estudio de las etapas fiacutesicas permitiraacute La determinacioacuten de los perfiles de

concentracioacuten Desde el seno de la fase fluida hasta el exterior de la superficie de la partiacutecula de catalizador

Desde la superficie externa de la partiacutecula hasta el interior de la partiacutecula (poros)

Etapas Fisicas

PARTICULA DE UN

CATALIZADOR

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 19: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

19

Incluye tres modelos 1 Modelo de Langmuir- Hinshelwood

2 Modelo de Langmuir ndash Hinshelwood -Hougen ndash Watson para reacciones irreversibles y reacciones reversibles

3 Modelo de Eley ndash Rideal

ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA

HETEROGENEA

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 20: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

20

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 21: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

21

Modelo de Langmuir- Hinshelwood

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 22: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

22

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 23: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

23

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 24: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

24

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 25: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

25

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 26: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

26

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 27: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

27

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 28: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

28

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 29: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

29

2 Velocidad de la reaccioacuten quiacutemica del tipo de Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (LHHW)

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 30: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

30

PROCEDIMIENTO 1 Asumir un mecanismo de la reaccioacuten

supuesta 2 Expresar las constantes de equilibrio de

cada etapa 3 Considerar una etapa como controlante y

las otras dos en el equilibrio 4 Deducir la ecuacioacuten de velocidad de la

etapa controlante y expresarlo en variables medibles

5 Repetir los puntos 3 y 4 para cada una de las etapas existentes

Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 31: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

31

CA concentracioacuten molar adsorbido Cx concentracioacuten molar de sitios superficiales

libres X concentracioacuten molar total de sitios

superficiales PA PB presioacuten parcial de los reactantes que

participan en la reaccioacuten PR PS presioacuten parcial de los productos que

forman en la reaccioacuten CR concentracioacuten molar del producto adsorbido K1 K2 K3 constantes de equilibrio de las

etapas respectivas

NOMENCLATURA

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 32: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

32

Las reacciones pueden ser de los tipos que se muestran

ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 33: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

33

Etapas de equilibrio

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 34: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

34

Supoacutengase la reaccioacuten en fase fluida que tiene lugar en una superficie cataliacutetica soacutelida ideal mediante un mecanismo constituido por las etapas elementales

1 Adsorcioacuten de A en un centro

2 Reaccioacuten en superficie

3 Desorcioacuten de P adsorbido en un centro

Planteamiento general para reacciones simples

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 35: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

35

La velocidad de adsorcioacuten de A seguacuten la ley de accioacuten de masas puede escribirse como

a es la velocidad de adsorcioacuten expresada en mol la concentracioacuten de A adsorcioacuten en la superficie y Ca es la concentracioacuten de A en el fluido Como que constante de equilibrio de adsorcioacuten de A es

5211

AdvAAaAa kcck ˆ

vA

A

Ad

AaA cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

1 catgs

Ac

AK

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 36: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

36

La primera ecuacioacuten puede reformularse como

Para la etapa de reaccioacuten en superficie la ecuacioacuten de velocidad es

535 Teniendo en cuenta que la constante de

equilibrio de la reaccioacuten en la superficie K es

536

Etapa Controlante

A

AvAAaAa K

cccK

ˆˆ

pAS ckck ˆˆˆˆ

A

p

c

c

k

kK

ˆ

ˆˆ

ˆˆ

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 37: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

37

La ecuacioacuten anterior puede expresarse tambieacuten como

536Finalmente la velocidad de desorcioacuten de P es

538La constante de equilibrio de adsorcioacuten de P

por analogiacutea a la ecuacioacuten 5211 es

539

Cont

K

cck pAs ˆ

ˆˆˆ

cckck ppappdpd ˆˆˆˆ

eqvp

p

pd

paP cc

c

k

kK

ˆ

ˆ

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 38: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

38

Y la ecuacioacuten 538 puede formularse como 5310

Por otro lado la constante de equilibrio de la reaccioacuten en la fase fluida es

5311

Cont

vppppapd ccKck ˆˆˆ

eqA

p

c

cK

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 39: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

39

Multiplicando y dividiendo el numerador y denominador de 5311 por Ca Cp y Cv y teniendo en cuenta las ecuaciones 5211 536 y 539 se tiene

5312

Cont

P

A

eqp

vp

A

p

vA

A

eqA

p

K

KK

c

cc

c

c

cc

c

c

cK

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 40: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

40

Expresioacuten que permite sustituir el valor de difiacutecil de determinar por el de la constante de equilibrio (termodinaacutemica) de la reaccioacuten

Por otra parte la concentracioacuten total de centros activos seraacute

5313Vcccc pA ˆˆˆˆ0

K

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 41: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

41

A + S AS

La concentracioacuten de reactivo adsorbido se relaciona con la presioacuten del reactivo en la fase gaseosa

Concentracioacuten total de sitios

Adsorcioacuten

Vcccc pA ˆˆˆˆ0

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 42: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

42

Isoterma de adsorcioacutenCuando la adsorcioacuten se ha completado y se alcanza el equilibrio la relacioacuten entre la concentracioacuten de gas adsorbido y la presioacuten del gas con la que estaacute en equilibrio a temperatura constante se denomina isoterma de adsorcioacuten

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 43: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

43

Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 44: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

44

1 Velocidad de reaccioacuten quiacutemica del tipo de la Ley de Potencia

- rA = K CAn

Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 45: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

45

Eley-Rideal

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 46: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

46

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 47: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

47

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 48: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

48

Concepto de etapa controlante

Cuando se lleva a cabo una reaccioacuten heterogeacutenea las velocidades de cada una de

las etapas es serie (adsorcioacuten reaccioacuten superficial y desorcioacuten) son iguales

Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de reaccioacuten cuando la velocidad de difusioacuten no es limitante

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 49: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

49

Para el disentildeo de un reactor industrial es necesario conocer las variables que afectan a la velocidad total del proceso y estas variables involucran los efectos difusivos conocido tambieacuten como efectos de transferencia de masa y calor interno y externo

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 50: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

50

Efecto de la transferencia de Masa y calor sobre la velocidad total de la reaccioacuten

Si se conoce el flujo puedo hallar el diaacutemetro al cual se origina el flujo pistoacuten y luego teniendo el diaacutemetro hallo la longitud del reactor

INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 51: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

51

TIPOS PRINCIPALES REACCIONES CATALIZADAS

EJEMPLOS

METALICOS [NiPdPtAgFeCoMo]

Hidro-deshidrogenacion Combustioacutentotal Metanacioacuten Oxidaciones

Siacutentesis de NH3(Fe)y Oxidacioacuten a NOx (Pt)

OXIDO METAL SEMICONDUCTOR[CrVMoZnTiW]

Deshidrogenacioacuten OxidacioacutenHidrocloracioacuten Polimerizacioacuten

Oxidacioacuten de SO2 (V2O5)Polimerizacioacuten de etileno (CrO3)

OXIDOS METALICOS AISLADORES[siacutelice aluacutemina magnesia y mezclas]

Craqueo cataliacutetico AlquilacioacutenHidratacioacuten-deshidratacioacuten

Reversioacuten gaseosa (aluminosilicato)Hidratacioacuten de etileno (H3PO4SiO2)

SALES METALICAS [CoSNiSCuCl2]

Hidrodesulfuracioacuten Oxicloracioacuten

Etileno[O2HCl] a DCE (CuCl2)

Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 52: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

52

Ingenieriacutea de la Cineacutetica Quiacutemica(JM Smith CECSA Sexta edicioacuten 1991)

Fisicoquiacutemica(Gilbert W Castellaacuten Segunda Edicioacuten) Levenspiel O Ingenieriacutea de las Reacciones

Quiacutemicas Ed Reverte SA Barcelona Buenos Aires 1981 OCW copy Rubeacuten Loacutepez Fonseca ndash Departamento de

Ingenieriacutea Quiacutemica ndash Universidad del Paiacutes VascoEHU Blanco Jesuacutes Linarte Ricardo Cataacutelisis

Fundamentos y aplicaciones industriales Editorial Trillas Meacutexico 1976 Paacuteginas 29-46

Bibliografia

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario
Page 53: Etapas en una reacción catalítica.BUENO

53

Interfase La Adhesioacuten es un fenoacutemeno de superficie que se produce en la unioacuten entre dos superficies distintas a esta zona de unioacuten entre dos superficies distintas la denominamos interfase

fenoacutemenos de superficie fenoacutemenos que se producen en la superficie de cualquier cuerpo soacutelido o liacutequido y que son debidos a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad

Adsorcioacuten proceso mediante el cual las moleacuteculas de una fase se concentran sobre la superficie de otra fase

Absorcioacuten proceso por el cual las moleacuteculas de una fase interpenetran casi uniformemente a los de la otra fase

Adsorbato Sustancia que se adsorbe Adsorbente Material sobre el cual ocurre la adsorcioacuten Partiacuteculas cataliacuteticas porosasEste tipo de partiacuteculas se producen para

incrementar el aacuterea disponible de contacto (concentracioacuten de centros activos) entre los reactivos aumentando el nuacutemero de puntos energeacuteticos para la adsorcioacuten y reaccioacuten quiacutemica en la superficie

Glosario

  • Etapas en una reaccioacuten cataliacutetica
  • Velocidades Globales o Totales
  • Velocidades globales y Totales
  • PASOS DE UNA REACCIOacuteN CATALIacuteTICA
  • DIFUSIOacuteN EXTERNA
  • DIFUSIOacuteN INTERNA
  • ADSORCIOacuteN
  • Velocidades totales de reaccioacuten
  • Reacciones gas-soacutelido
  • Adsorcioacuten fiacutesica o fisisorcioacuten
  • Adsorcioacuten quiacutemica o quimisorcioacuten
  • Etapas del Mecanismo de Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Pasos de una Reaccioacuten Cataliacutetica Heterogeacutenea
  • Reaccioacuten Cataliacutetica
  • Etapas Quimicas
  • Leyes de equilibrio y en las etapas Quiacutemicas
  • Leyes de Cineacutetica en las etapas Quiacutemicas
  • Etapas Fisicas
  • ANALISIS DE LA ETAPA QUIMICA EN LA REACCION CATALITICA HETEROGE
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood
  • Modelo de Langmuir- Hinshelwood (2)
  • Slide 22
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Slide 26
  • Slide 27
  • Slide 28
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson
  • Langmuir Hinshelwood ndash Hougen ndash Watson (2)
  • NOMENCLATURA
  • ANALISIS DEL MODELO LANGMUIR ndash HOUGEN ndash WATSON
  • Etapas de equilibrio
  • Planteamiento general para reacciones simples
  • Slide 35
  • Etapa Controlante
  • Cont
  • Cont (2)
  • Cont (3)
  • Slide 40
  • Adsorcioacuten
  • Isoterma de adsorcioacuten
  • Adsorcioacuten de CO sobre una superficie metaacutelica
  • Los tipos de ecuacioacuten de la velocidad de reaccioacuten quiacutemica son
  • Eley-Rideal
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Velocidad global de reaccioacuten controlada por la velocidad de rea
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS CINEacuteTICOS
  • INTERPRETACIOacuteN DE DATOS DEL EFECTO FISICO
  • Procesos Heterogeacuteneos en Fase Gaseosa con catalizador Solido
  • Bibliografia
  • Glosario