REACCIONES SOLIDO - FLUIDO

1. REACCIONES
SOLIDO - FLUIDO
EQUIPO 2:
• De Jesús Morrugares Paloma
• Gálvez Patraca Ana Laura
• Martínez Melchi Héctor Chayan
• Soto Ordoñez Agustín

2. Se denominan "reacciones sólido-fluido" a
las reacciones heterogéneas en las que un
gas o un líquido se ponen en contacto con
un sólido, reaccionan con él, y lo
transforman en producto

3. CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES SOLIDO-
FLUIDO
Las reacciones solido – fluido son numerosas, se
clasifican según el comportamiento de las partículas
reactantes solidas.
Partículas de tamaño
constante
Partículas de tamaño
variable

4. Partículas de tamaño constante
Partícula inicial que no
ha reaccionado
Partícula que ha
reaccionado
parcialmente
Partícula que ha
reaccionado
complemente
tiempo
tiempo
La partícula final
es dura, consistente
y no ha cambiado
de tamaño

5. Partículas de tamaño variable
tiempo
tiempo
Partícula inicial que no
ha reaccionado
La disminución de tamaño
se debe a que se forman
cenizas no adherentes o
productos gaseosos
La partícula
disminuye de tamaño
con el tiempo y
finalmente
desaparece
tiempo

6. TIPOS DE MODELAMIENTO
Partículas de tamaño
constante
Modelo de núcleo
sin reaccionar
Modelo de conversión
progresiva

7. Modelo de conversión progresiva
Aquí consideramos que el gas reaccionante penetra y reacciona
simultáneamente en toda la partícula sólida, aunque lo más probable
es que las velocidades de reacción sean diferentes en distintos lugares
de esta partícula sólida. Por consiguiente, el reactante sólido se está
convirtiendo continua y progresivamente en toda la partícula

8. Modelo de conversión progresiva

9. Modelo de núcleo sin reaccionar
En este caso la reacción tiene lugar primero en la superficie exterior
de la partícula sólida; después la zona de reacción se desplaza hacia
el interior del sólido, dejando atrás el material completamente
convertido y sólido inerte (al que denominaremos «cenizas,).
De este modo, durante la reacción existirá un núcleo de material sin
reaccionar, cuyo tamaño ira disminuyendo a medida que transcurre la
reacción.

10. Modelo de núcleo sin reaccionar

11. ETAPAS DEL MECANISMO PARA PARTICULAS DE
TAMAÑO CONSTANTE
Etapa 1. Difusión del reactante gaseoso A hasta la superficie
del sólido a través de la película gaseosa que le rodea.
Etapa 2. Penetración y difusión de A, a través de la capa de
ceniza hasta b superficie del núcleo que no ha reaccionado o
superficie de reacción.

12. Etapa 3. Reacción del reactante gaseoso A con el solido
en la superficie de reacción.
Etapa 4. Difusión de los productos gaseosos formados a
través de la capa de cenizas hacia la superficie exterior
del sólido.
Etapa 5. Difusión de los productos gaseosos de reacción a
través de la capa gaseosa hacia el seno del fluido

13. La reacción se
produce
exclusivamente en la
superficie de
contacto entre el
reactivo gas A y el
reactivo sólido B

14. Las resistencias de las distintas etapas suelen ser muy
diferentes; en tales casos hemos de tener en cuenta que la
etapa que presente mayor resistencia constituye la etapa
controlante de la velocidad.
• La difusión a través de la película gaseosa como etapa
controlante.
• La difusión a través de la capa de cenizas como etapa
controlante
• La reacción química como etapa controlante

15. VELOCIDAD DE REACCIÓN PARA PARTICULAS ESFÉRICAS
DE TAMANO DECRECIENTE
Para una reacción de este tipo consideremos las tres etapas siguientes, que
transcurren sucesivamente:
Etapa 1. Difusión del reactante A a través de la película gaseosa desde el
seno de la masa gaseosa hasta la superficie del sólido.
Etapa 2. Reacción en la superficie entre el reactante A y el sólido.
Etapa 3. Difusión de los productos de reacción a través de la película
gaseosa desde la superficie del sólido hasta el seno de la masa gaseosa.

16. Combinación de resistencias: En las expresiones anteriores se
supone que solamente una resistencia controla el proceso de
reacción global de la partícula. Sin embargo, la importancia
relativa de la película gaseosa, de la capa de cenizas, y de la
reacción, varían a medida que se efectúa la conversión.

17. APLICACIÓN AL DISEÑO
EJEMPLOS DE REACCIONES SOLIDO FLUIDO EN LAS QUE EL
TAMAÑO DEL SOLIDO NO VARÍA.
Tostación (oxidación) de minerales sulfurados para dar óxidos
metálicos; por ejemplo, en la preparación del óxido de cinc.
Análogamente, la pirita de hierro reacciona del modo siguiente:

18. APLICACIÓN AL DISEÑO
Preparación de metales a partir de sus óxidos por reacción en
atmósfera reductora. Por ejemplo, el hierro se prepara en un
reactor de lecho fluidizado, con funcionamiento continuo en tres
etapas en contracorriente, a partir de magnetita triturada hasta el
tamaño adecuado, de acuerdo con la reacción:

19. APLICACIÓN AL DISEÑO
REACCIONES SÓLIDO –FLUIDO EN LAS QUE VARIA EL TAMAÑO DEL
SÓLIDO
Reacciones de sustancias carbonosas, tales como briquetas de
carbón, madera, etc., con bajo contenido en ceniza, para producir
calor, o combustibles para calefacción. Por ejemplo, empleando
cantidad insuficiente de aire se forma gas pobre, de acuerdo con las
reacciones:

20. APLICACIÓN AL DISEÑO
Obtención de sulfuro de carbono a partir de sus elementos:
Obtención de Cianuro sódico a partir de amida sódica:

21. APLICACIÓN AL DISEÑO
El diseño de un reactor sólido-fluido viene determinado por tres
factores:
- La cinética de la reacción para partículas aisladas.
- La distribución de tamaños de los sólidos que han de reaccionar.
- El tipo de flujo de sólidos y fluido en el reactor.

22. APLICACIÓN AL DISEÑO
Los distintos tipos de contacto en las operaciones gas-sólido se
pueden resumir en los siguientes:
1. Flujo en pistón de sólidos y gases.
Cuando los sólidos y los gases pasan a través de un reactor en flujo
en pistón, sus composiciones cambiarán a lo largo del mismo y,
generalmente, también cambia la temperatura.

23. El contacto entre fases en
flujo en pistón puede
realizarse de varios modos:
por flujo en contracorriente,
como en los hornos de cuba y
en los de cemento (Figura a);
por flujo cruzado como en las
cintas transportadoras de
alimentación a los hornos
(Fig. b); o por flujo en
corriente directa, como en
los secaderos de polímeros
(Fig. c).

24. APLICACIÓN AL DISEÑO
2. Flujo de sólidos en mezcla completa.
El mejor ejemplo de reactor con flujo de sólidos en mezcla
completa es un lecho fluidizado con entrada y salida continua de
sólidos.

25. APLICACIÓN AL DISEÑO
Operaciones semicontinuas. Un ejemplo de un tratamiento
semicontinuo de
sólidos en el que el flujo del fluido se aproxima mucho al flujo ideal
en pistón es el de una columna de intercambio iónico.

26. APLICACIÓN AL DISEÑO
Operaciones discontinuas. Como ejemplo de operación discontinua
tenemos la disolución y reacción de una cantidad dada de un sólido
en un fluido, como en el caso del ataque de un sólido por un ácido.