viernes, 17 de diciembre de 2010
viernes, 12 de noviembre de 2010
INGENIERIA POLICIACA
"PROBLEMA DE INGENIERÍA POLICIACA"
Pepe Carvalho y su acompañante, un joven ingeniero químico, se encuentran en el área de proceso de una planta industrial del cinturón barcelonés.
CARVALHO: Dice vd. que la última vez que se le ha visto estaba vigilando esta "tinaja"...
Sr. PONS: Querrá vd. decir "reactor de tanque agitado" inspector.
CARVALHO: Debe disculpar mi ignorancia con respecto a la jerga técnica, Sr. Pons, por eso ha venido este joven amigo conmigo.
Sr. PONS: Discúlpeme a mí inspector, pero por favor ayúdenos a encontrar a Embebut. Ultimamente se comportaba de un modo muy extraño, miraba fijamente el interior del reactor respirando profundamente y relamiéndose los labios. Era uno de nuestros mejores trabajadores; desde que falta la conversión del "googliox" ha descendido del 80 al 75%.
CARVALHO (golpeando perezosamente el tanque): A propósito, ¿qué ocurre dentro de la tinaja?.
Sr. PONS (dirigiéndose preferentemente al joven): Una reacción de 2º orden entre etanol y googliox... Por supuesto con un gran exceso de alcohol, en una proporción de 100 a 1, y ...
CARVALHO (interrumpiéndole): Hemos investigado su paradero en la ciudad, y no hemos encontrado ningún rastro.
Sr. PONS (visiblemente emocionado): Si regresara Embebut, le aumentaríamos un poco el sueldo y ...
EL JOVEN: Discúlpeme! ¿puedo hacer una pregunta? ¿qué capacidad tiene el tanque?.
Sr. PONS: 450 litros, y siempre le mantenemos lleno hasta el borde, a plena carga, que resulta, como vd. sabrá, lo más provechoso. Por eso le llamamos también reactor de rebosadero.
CARVALHO: Bien, muchacho, hemos de admitir que estamos en un atolladero, no disponemos de pistas aprovechables.
EL JOVEN: No lo creo Pepe. (Volviéndose hacia el gerente) Embebut era muy corpulento, ¿pesaba unos 110 Kg, verdad?.
Sr. PONS (con sorpresa): Efectivamente, ¿como lo sabe?.
CARVALHO (con sorpresa también): Asombroso, mi querido joven.
EL JOVEN (modestamente): Elemental, Pepe. Tenemos todas las pruebas para deducir lo que ha sucedido ...
Con el inspector y el gerente esperando impacientemente, el joven se apoyó en la tinaja, saco lentamente un cigarrillo, y con perfecto sentido de lo dramático, lo encendió ...
¿Que iba a manifestar, de un momento a otro el joven, y como llego a dicha conclusión?
¿Porqué nunca llegó a hacerlo?.
"INVESTIGACIÓN Y SOLUCIÓN TÉCNICA":
La reacción: Etanol + Googliox, es de 2º orden, pero con un gran exceso del primer reactivo (CoE/CoG= 100), por lo que la concentración del mismo permanecerá casi constante y la ecuación de velocidad puede aproximarse a un pseudo-primer orden:
v= kCECG= k(CoE CoGx)CoG(1 x)= kCoECoG(1 x)= k'CoG(1 x)
donde x es la conversión que, para un reactor continuo agitado, viene dada (como saben los de 3º de química industrial) por:
t=V/Vo= CoGx/v, y con las anteriores: x/(1 x)= k'V/Vo
Con esto, las posibles causas de un descenso de conversión podrían ser:
- descenso de la temperatura (que afectaría a la constante cinética k´): pero ello hubiera sido muy fácilmente advertido con el termómetro del reactor.
- aumento del caudal de alimentación (Vo): pero también fácil de detectar con el medidor de flujo.
- descenso del volumen del reactor: V=450 dm3, y tras el "incidente" se ha observado un descenso de conversión desde x=0.80 hasta x´=0.75; por tanto, si descartamos la temperatura y el caudal, que permanecerían constantes, el nuevo volumen que explicaría la conversión anómala es:
[x/(1 x)]/[x'/(1 x')]=V/V'; [0.80/(1 0.80)]/[0.75/(1 0.75)]=450/V'
i.e. V'= 337,5 dm3, lo que representa un descenso del volumen útil del tanque de: V V'= 112,5 dm3, que equivaldría a una masa de unos 110 Kg (con una densidad próxima a la unidad que es la que tiene el cuerpo humano).
Parece evidente que Embebut cayó y aún se encuentra dentro del reactor. Por otra parte, nuestro joven -aunque sobradamente preparado- ingeniero (JASPI), olvidó que en una planta química, y especialmente dentro del área de proceso, no se debe fumar!.
Pepe Carvalho y su acompañante, un joven ingeniero químico, se encuentran en el área de proceso de una planta industrial del cinturón barcelonés.
CARVALHO: Dice vd. que la última vez que se le ha visto estaba vigilando esta "tinaja"...
Sr. PONS: Querrá vd. decir "reactor de tanque agitado" inspector.
CARVALHO: Debe disculpar mi ignorancia con respecto a la jerga técnica, Sr. Pons, por eso ha venido este joven amigo conmigo.
Sr. PONS: Discúlpeme a mí inspector, pero por favor ayúdenos a encontrar a Embebut. Ultimamente se comportaba de un modo muy extraño, miraba fijamente el interior del reactor respirando profundamente y relamiéndose los labios. Era uno de nuestros mejores trabajadores; desde que falta la conversión del "googliox" ha descendido del 80 al 75%.
CARVALHO (golpeando perezosamente el tanque): A propósito, ¿qué ocurre dentro de la tinaja?.
Sr. PONS (dirigiéndose preferentemente al joven): Una reacción de 2º orden entre etanol y googliox... Por supuesto con un gran exceso de alcohol, en una proporción de 100 a 1, y ...
CARVALHO (interrumpiéndole): Hemos investigado su paradero en la ciudad, y no hemos encontrado ningún rastro.
Sr. PONS (visiblemente emocionado): Si regresara Embebut, le aumentaríamos un poco el sueldo y ...
EL JOVEN: Discúlpeme! ¿puedo hacer una pregunta? ¿qué capacidad tiene el tanque?.
Sr. PONS: 450 litros, y siempre le mantenemos lleno hasta el borde, a plena carga, que resulta, como vd. sabrá, lo más provechoso. Por eso le llamamos también reactor de rebosadero.
CARVALHO: Bien, muchacho, hemos de admitir que estamos en un atolladero, no disponemos de pistas aprovechables.
EL JOVEN: No lo creo Pepe. (Volviéndose hacia el gerente) Embebut era muy corpulento, ¿pesaba unos 110 Kg, verdad?.
Sr. PONS (con sorpresa): Efectivamente, ¿como lo sabe?.
CARVALHO (con sorpresa también): Asombroso, mi querido joven.
EL JOVEN (modestamente): Elemental, Pepe. Tenemos todas las pruebas para deducir lo que ha sucedido ...
Con el inspector y el gerente esperando impacientemente, el joven se apoyó en la tinaja, saco lentamente un cigarrillo, y con perfecto sentido de lo dramático, lo encendió ...
¿Que iba a manifestar, de un momento a otro el joven, y como llego a dicha conclusión?
¿Porqué nunca llegó a hacerlo?.
"INVESTIGACIÓN Y SOLUCIÓN TÉCNICA":
La reacción: Etanol + Googliox, es de 2º orden, pero con un gran exceso del primer reactivo (CoE/CoG= 100), por lo que la concentración del mismo permanecerá casi constante y la ecuación de velocidad puede aproximarse a un pseudo-primer orden:
v= kCECG= k(CoE CoGx)CoG(1 x)= kCoECoG(1 x)= k'CoG(1 x)
donde x es la conversión que, para un reactor continuo agitado, viene dada (como saben los de 3º de química industrial) por:
t=V/Vo= CoGx/v, y con las anteriores: x/(1 x)= k'V/Vo
Con esto, las posibles causas de un descenso de conversión podrían ser:
- descenso de la temperatura (que afectaría a la constante cinética k´): pero ello hubiera sido muy fácilmente advertido con el termómetro del reactor.
- aumento del caudal de alimentación (Vo): pero también fácil de detectar con el medidor de flujo.
- descenso del volumen del reactor: V=450 dm3, y tras el "incidente" se ha observado un descenso de conversión desde x=0.80 hasta x´=0.75; por tanto, si descartamos la temperatura y el caudal, que permanecerían constantes, el nuevo volumen que explicaría la conversión anómala es:
[x/(1 x)]/[x'/(1 x')]=V/V'; [0.80/(1 0.80)]/[0.75/(1 0.75)]=450/V'
i.e. V'= 337,5 dm3, lo que representa un descenso del volumen útil del tanque de: V V'= 112,5 dm3, que equivaldría a una masa de unos 110 Kg (con una densidad próxima a la unidad que es la que tiene el cuerpo humano).
Parece evidente que Embebut cayó y aún se encuentra dentro del reactor. Por otra parte, nuestro joven -aunque sobradamente preparado- ingeniero (JASPI), olvidó que en una planta química, y especialmente dentro del área de proceso, no se debe fumar!.
viernes, 15 de octubre de 2010
CARACTERISTICAS DE LOS REACTORES SEMICONTINUOS
Las características de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Son reactores tipo tanque con agitación.
b) Operan a régimen inestable.
Una consideración que generalmente se toma en este tipo de reactores es la de suponer que la mezcla está bien agitada. Con lo cual estamos considerando un comportamiento ideal.
Algunas ventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Su operación es semicontinua.
b) Se puede tener un buen control de la temperatura.
c) La concentración de uno de los reactantes se puede mantener baja.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Producción pequeña.
b) Alto costo de operación.
El reactor semicontinuo se utiliza en los siguientes casos:
a) Para reacciones homogéneas en fase liquida.
b) Para reacciones muy exotérmicas.
c) Cuando se debe tener una concentración baja de uno de los reactantes.
En la siguiente sección se desarrollara un caso particular para estos reactores semicontinuos
a) Son reactores tipo tanque con agitación.
b) Operan a régimen inestable.
Una consideración que generalmente se toma en este tipo de reactores es la de suponer que la mezcla está bien agitada. Con lo cual estamos considerando un comportamiento ideal.
Algunas ventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Su operación es semicontinua.
b) Se puede tener un buen control de la temperatura.
c) La concentración de uno de los reactantes se puede mantener baja.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Producción pequeña.
b) Alto costo de operación.
El reactor semicontinuo se utiliza en los siguientes casos:
a) Para reacciones homogéneas en fase liquida.
b) Para reacciones muy exotérmicas.
c) Cuando se debe tener una concentración baja de uno de los reactantes.
En la siguiente sección se desarrollara un caso particular para estos reactores semicontinuos
CARACTERISTICAS DE LOS CSTR
Las características principales de este tipo de reactores son las siguientes:
a) La reacción química se desarrolla en un sistema abierto.
b) Los reactantes se añaden continuamente y la mezcla reactiva se extrae en forma continua.
c) Operan en régimen estable.
Se considera que la mezcla reactiva está bien agitada haciendo que tanto la presión, como la composición y la temperatura sean las mismas en cualquier parte del reactor.
Algunas ventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores por lotes.
b) Su operación es continua.
c) Se facilita el control automático de la producción.
d) Se tiene una sola temperatura en el sistema de reacción.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Su costo inicial es alto.
b) Para tiempos de residencia muy altos su tamaño también será alto.
c) En general son menos eficientes que un reactor tubular.
Algunos casos en los cuales suelen utilizarse son los siguientes:
a) Generalmente para líquidos.
b) Cuando se desea una operación continua
c) Para reacciones ligeramente endotérmicas o exotérmicas
a) La reacción química se desarrolla en un sistema abierto.
b) Los reactantes se añaden continuamente y la mezcla reactiva se extrae en forma continua.
c) Operan en régimen estable.
Se considera que la mezcla reactiva está bien agitada haciendo que tanto la presión, como la composición y la temperatura sean las mismas en cualquier parte del reactor.
Algunas ventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores por lotes.
b) Su operación es continua.
c) Se facilita el control automático de la producción.
d) Se tiene una sola temperatura en el sistema de reacción.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son las siguientes:
a) Su costo inicial es alto.
b) Para tiempos de residencia muy altos su tamaño también será alto.
c) En general son menos eficientes que un reactor tubular.
Algunos casos en los cuales suelen utilizarse son los siguientes:
a) Generalmente para líquidos.
b) Cuando se desea una operación continua
c) Para reacciones ligeramente endotérmicas o exotérmicas
CARACTERISTICAS DE LOS REACTORES DE MEMBRANA
Los reactores catalíticos de membrana permiten elevar el rendimiento de las reacciones que son altamente reversibles dentro de un rango de temperaturas de interés. Este término se utiliza para describir diferentes tipos de reactores que contienen una membrana. La membrana puede interponer una barrera a ciertos componentes al tiempo que deja pasar a otros, evitando que ciertos componentes como material en partículas entre en contacto con el catalizador, o contener sitios reactivos y ser un catalizador ella misma. El reactor de membrana es otra técnica para empujar las reacciones reversibles hacia la derecha con el fin de alcanzar conversiones muy altas. Esas conversiones altas se pueden lograr haciendo que uno de los productos de la reacción se difunda hacia el otro lado de una membrana semipermeable que rodea a la mezcla de reacción. El resultado es que la reacción sigue avanzando hacia la derecha hasta terminar. En la siguiente sección presentaremos un caso específico.
CARACTERISTICAS DE LOS REACTORES FLUJO PISTON
Para este tipo de reactores, en resumen, las características son las siguientes:
a) Las reacciones químicas se desarrollan en un sistema abierto
b) Todos los reactivos se introducen continuamente y los productos se extraen en forma continua
c) Operan en régimen estable, por lo cual ninguna de las propiedades del sistema varía con relación al tiempo en una posición dada.
d) La temperatura, la presión y la composición varían con relación a la longitud del reactor.
Para el comportamiento ideal se supone que el transporte masa y calor se realizan por convención forzada y únicamente en la dirección axial.
Algunas ventajas de los reactores tubulares son las siguientes:
a) Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores por lotes.
b) Su operación es continua.
c) Se facilita el control automático de la producción.
d) En general más eficiente que el reactor continúo tipo tanque.
Las desventajas de este tipo de reactores se pueden resumir como:
a) Su costo inicial es alto.
b) No recomendables para desarrollar reacciones que tengan elevados tiempos de residencia.
c) El tiempo de residencia permanece fijo para un flujo dado de alimentación.
Este reactor se suele utilizar en los siguientes casos:
a) Para sistemas reactivos que sean gases y vapores.
b) Cuando se desea una producción grande en forma continúa.
c) Para reacciones exotérmicas o endotérmicas.
d) Cuando están empacados con partículas de catalizador actúan como reactores de lecho fijo.
e) Si las partículas corresponden a un reactor, actúan como reactores heterogéneos sólido-gas.
a) Las reacciones químicas se desarrollan en un sistema abierto
b) Todos los reactivos se introducen continuamente y los productos se extraen en forma continua
c) Operan en régimen estable, por lo cual ninguna de las propiedades del sistema varía con relación al tiempo en una posición dada.
d) La temperatura, la presión y la composición varían con relación a la longitud del reactor.
Para el comportamiento ideal se supone que el transporte masa y calor se realizan por convención forzada y únicamente en la dirección axial.
Algunas ventajas de los reactores tubulares son las siguientes:
a) Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores por lotes.
b) Su operación es continua.
c) Se facilita el control automático de la producción.
d) En general más eficiente que el reactor continúo tipo tanque.
Las desventajas de este tipo de reactores se pueden resumir como:
a) Su costo inicial es alto.
b) No recomendables para desarrollar reacciones que tengan elevados tiempos de residencia.
c) El tiempo de residencia permanece fijo para un flujo dado de alimentación.
Este reactor se suele utilizar en los siguientes casos:
a) Para sistemas reactivos que sean gases y vapores.
b) Cuando se desea una producción grande en forma continúa.
c) Para reacciones exotérmicas o endotérmicas.
d) Cuando están empacados con partículas de catalizador actúan como reactores de lecho fijo.
e) Si las partículas corresponden a un reactor, actúan como reactores heterogéneos sólido-gas.
CARACTERISTICAS DE LOS REACTORES DISCONTINUOS
Las características principales de estos reactores son las siguientes:
a) La reacción química se desarrolla en un sistema cerrado.
b) Todos los reactivos son cargados al reactor al inicio de la operación.
c) Al final de la operación, la mezcla reactiva se descarga a un mismo tiempo.
d) Operan en régimen inestable.
e) Se considera que los gradientes de concentración, temperatura y presión son despreciables. Estas consideraciones permiten que el diseño se plantee en un plano ideal.
Algunas ventajas de los reactores por lotes son las siguientes:
a) Su operación es sencilla.
b) Es más versátil que un reactor continuo.
c) El costo inicial es menor que el de los reactores continuos.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son:
a) El costo de operación es mayor que el de los reactores continuos.
b) Requiere un ciclo de operación complicado.
Este tipo de reactor se utiliza en los siguientes casos:
a) se utilizan generalmente para líquidos.
b) Cuando se desea una velocidad de producción pequeña.
c) Para estudios cinéticos de laboratorio.
d) Cuando el tiempo de residencia para lograr una determinada calidad es muy grande.
e) Cuando se desea obtener un producto muy puro.
a) La reacción química se desarrolla en un sistema cerrado.
b) Todos los reactivos son cargados al reactor al inicio de la operación.
c) Al final de la operación, la mezcla reactiva se descarga a un mismo tiempo.
d) Operan en régimen inestable.
e) Se considera que los gradientes de concentración, temperatura y presión son despreciables. Estas consideraciones permiten que el diseño se plantee en un plano ideal.
Algunas ventajas de los reactores por lotes son las siguientes:
a) Su operación es sencilla.
b) Es más versátil que un reactor continuo.
c) El costo inicial es menor que el de los reactores continuos.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son:
a) El costo de operación es mayor que el de los reactores continuos.
b) Requiere un ciclo de operación complicado.
Este tipo de reactor se utiliza en los siguientes casos:
a) se utilizan generalmente para líquidos.
b) Cuando se desea una velocidad de producción pequeña.
c) Para estudios cinéticos de laboratorio.
d) Cuando el tiempo de residencia para lograr una determinada calidad es muy grande.
e) Cuando se desea obtener un producto muy puro.
CARACTERISTICAS
Las características principales de estos reactores son las siguientes:
a) La reacción química se desarrolla en un sistema cerrado.
b) Todos los reactivos son cargados al reactor al inicio de la operación.
c) Al final de la operación, la mezcla reactiva se descarga a un mismo tiempo.
d) Operan en régimen inestable.
e) Se considera que los gradientes de concentración, temperatura y presión son despreciables. Estas consideraciones permiten que el diseño se plantee en un plano ideal.
Algunas ventajas de los reactores por lotes son las siguientes:
a) Su operación es sencilla.
b) Es más versátil que un reactor continuo.
c) El costo inicial es menor que el de los reactores continuos.
Algunas desventajas de este tipo de reactores son:
a) El costo de operación es mayor que el de los reactores continuos.
b) Requiere un ciclo de operación complicado.
Este tipo de reactor se utiliza en los siguientes casos:
a) se utilizan generalmente para líquidos.
b) Cuando se desea una velocidad de producción pequeña.
c) Para estudios cinéticos de laboratorio.
d) Cuando el tiempo de residencia para lograr una determinada calidad es muy grande.
e) Cuando se desea obtener un producto muy puro.
viernes, 8 de octubre de 2010
CINETICA
CINETICA
A → R + S
-rA
rS , rR
En general –ri o ri
Si i es un producto: ri = (1/V)dNi/dt, o
ri ‘ = (1/w)dNi/dt
Velocidad de reacción = f(T,P,C,catalizador).
En la mayoría de los casos: r = f(T,C).
Influencia de C
Determinacion experimental: -rA = kCA
-rA = kCA2
-rA = k1CA/(1 + k2CA)
Si en rA los exponentes coinciden con los coeficientes estequiometricos: reacción elemental.
Exponentes: orden de reaccion
k = coeficiente cinético o constante de velocidad de reacción.
Influencia de T:
Ec. de Arrhenius
k = Ae-E/RT, lnk = lnA – E/RT
A → R + S
-rA
rS , rR
En general –ri o ri
Si i es un producto: ri = (1/V)dNi/dt, o
ri ‘ = (1/w)dNi/dt
Velocidad de reacción = f(T,P,C,catalizador).
En la mayoría de los casos: r = f(T,C).
Influencia de C
Determinacion experimental: -rA = kCA
-rA = kCA2
-rA = k1CA/(1 + k2CA)
Si en rA los exponentes coinciden con los coeficientes estequiometricos: reacción elemental.
Exponentes: orden de reaccion
k = coeficiente cinético o constante de velocidad de reacción.
Influencia de T:
Ec. de Arrhenius
k = Ae-E/RT, lnk = lnA – E/RT
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