El documento presenta una introducción a la ingeniería de las reacciones químicas. Explica que los ingenieros químicos diseñan procesos químicos teniendo en cuenta la cinética química, termodinámica, transferencia de masa y calor. También describe conceptos clave como la velocidad y orden de reacción, molecularidad, selectividad y conversión. Finalmente, señala que el diseño de reactores requiere conocimientos en estas áreas y responder preguntas sobre el equipo, condiciones y análisis

1. INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS (INTRODUCCIÓN) PRESENTA DR. MIGUEL ANGEL MORALES CABRERA POZA RICA, VER., 27 DE AGOSTO DE 2008

2. Ingeniería de Procesos El Ingeniero Químico es un especialista en todos los procesos que tienen que ver con las transformaciones físico-químicas de las materias primas en productos, teniendo en cuenta su repercusión medioambiental y el análisis económico del proceso. Materias Primas Físicos (Operaciones Unitarias) Químicos Fenómenos de Transporte (base de las operaciones unitarias) Fenómenos de Transporte y reacciones químicas (Ingeniería de las reacciones químicas) Momentum Calor Masa

3. Ingeniería de las reacciones químicas Desde el punto de vista económico, es posible que la etapa de tratamiento químico carezca de importancia, ya que podría consistir tan sólo en un tanque de mezcla. Sin embargo, a menudo la etapa de tratamiento químico es la parte medular del proceso y la que hace o impide que el proceso resulte económico. Figura 1. Esquema de un proceso químico típico. En el diseño de reactores se utiliza la información, el conocimiento y la experiencia de varios campos: termodinámica, cinética química , mecánica de fluidos, transferencia de calor, transferencia de masa, y economía. La ingeniería de las reacciones químicas

4. Cinética Química El ingeniero químico depende muchas veces de la información suministrada por el químico de laboratorio, la planta piloto o el reactor a gran escala, para desarrollar desafíos. De esta información necesita extraer, entre otras cosas, las velocidades de las reacciones químicas involucradas, es decir, la cinética química del sistema. Para lograr esto debe separar los efectos de los procesos físicos de los datos observados, obteniendo así información de velocidades concernientes exclusivamente a la etapa de transformación química. “ El ingeniero químico que se confronte con el diseño de reactores, a menudo dependerá de la escala de operación y de la cinética de reacción química”.

5. Cinética química La cinética química es el estudio de la velocidad y del mecanismo por medio de los cuales una especie química se transforma en otra. Velocidad de reacción Orden de reacción El exponente al que están elevadas las concentraciones . El orden global de una reacción es la suma de todos los exponentes a los que están elevados las concentraciones, n . Constante cinética Parámetro que se define como

6. Molecularidad Es el número de moléculas que interviene en la reacción elemental, y se ha encontrado que este valor puede ser uno, dos y, en ocasiones, tres. Selectividad Se utiliza a menudo en lugar del rendimiento fraccional y, generalmente, se define como Conversión Se define como la fracción de cualquier reactivo, por ejemplo A , que se convierte en algo distinto, o la fracción de A que ha reaccionado. donde N A 0 es la cantidad inicial de A en el tiempo cero en el reactor y N A es la cantidad de A presente en el tiempo t.

7. Termodinámica Principios de termodinámica (Leyes de la Termodinámica) Datos termodinámicos Limite máximo de una reacción química Ejemplo: CO 2 + ½ O 2 a 1 atm y 680 C, el 50% de CO 2 puede convertirse a trióxido (para condiciones de equilibrio) Equilibrio = No hay tendencia de cambio posterior respecto a t  Velocidad Neta de una reacción = 0 ( equilibrio )

8. Termodinámica y Cinética química y catálisis Velocidad de reacción aumentada Empleo de partículas sólidas (catalizadores) Reactores Heterogéneos

9. Diseño de reactores químicos Un buen diseño de reactores químicos requiere conocimientos de: Cinética Química Procesos Físicos (Fenómenos de transporte) Termodinámica El diseño implica la contestación de: ¿Que tipo y tamaño de equipo se necesita para lograr el grado deseado de la reacción química? ¿Que condiciones de operación (temperaturas, presiones, velocidades de flujo) se requieren? ¿Que dispositivos son necesarios para intercambiar la energía (calor) con los alrededores (naturaleza de la rxn)? ¿Análisis de costos (materiales de construcción, corrosión, requerimientos de agua y energía, y mantenimiento? Condiciones de mercado (oferta-demanda)

10. Figura 6. Balance de materia en un elemento de volumen del reactor Principio para las ecuación de diseño de reactores (Isotérmicos)

11. Bibliografía H.S. Fogler "Elements of Chemical Reaction Engineering". 4ª ed. Prentice-Hall (2006). O. Levenspiel "Ingeniería de las reacciones químicas". 3ª ed. Limusa Wiley (2004). J. M. Smith “Ingeniería de la cinética química”. 3 a ed. Mc Graw-Hill (1991).