Velocidad de reacción e interpretación de datos experimentales.

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1 Velocidad de reacción e interpretación de datos experimentales.
Diseño de Reactores Velocidad de reacción e interpretación de datos experimentales. Obtención en forma General de la velocidad de reacción La obtención de la velocidad de reacción cuando el paso controlante es quimico . Interacción entre las partes químicas y físicas del proceso . Análisis cinético sobre sistemas reactivos que involucran una sola reacción. 1. Obtención de datos experimentales 2. Postulación de mecanismos de reacción y de expresiones de velocidad de reacción. 3. Comprobación por medio de datos experimentales de cual de las expresiones propuestas es la correcta o lo mas probable.

2 Diseño de Reactores 4. Evaluación numérica de las constante involucradas en la expresión de la velocidad de reacción mas probable usando los datos experimentales. Datos experimentales obtenidos en diferentes tipos de reactores: Reactor intermitente ideal. Reactor tubular diferencial . Reactor tubular integral ideal. Reactor continuo tipo tanque ideal . Caso 1: datos obtenidos en un reactor intermitente ideal. El análisis cinético se presentara siguiendo este orden: Mediciones experimentales Correlación de las propiedades físicas con a concentración Evaluación de la velocidad de reacción Evaluación cualitativa y cuantitativa de la velocidad de reacción probable Reacciones no elementarías

3 Mediciones experimentales
Diseño de Reactores Mediciones experimentales Datos experimentales en un reactor intermitente a. Análisis gravimétrico y volumétrico b. Mediciones de cambios de presión total En sistemas reactivos gaseosos. Para poder utilizar este tipo de análisis se requiere que exista un cambio en el numero de moles a medida que la reacción se este efectuando. Por ejemplo, se podría utilizar este tipo de análisis para reacciones del tipo: 2A → 2B + C A+2B → C+ D c. Medición del cambio en alguna propiedad física del sistema reactivo Estas propiedades físicas pueden ser:

4 Obtención de λ a tiempo cero
Diseño de Reactores Sustituyendo: La obtención de la relación entre la propiedad física y la concentración consta de los siguientes pasos: Obtención de λ a tiempo cero Obtención de λ a tiempo infinito ( el tiempo necesario para que la reacción llegue a equilibrio si es reversible o a 100 % de conversión si es irreversible)

5 Rotación especifica del plano de la luz polarizada
Diseño de Reactores Índice de refracción Volumen especifico Intensidad del color Rotación especifica del plano de la luz polarizada Conductancia especifica Viscosidad Conductividad térmica etc. 2. Correlación de las propiedades físicas. Suponiendo que existe una relación lineal , se puede derivar una ecuación general que relación la propiedad física medida con la concentración : aA + bB ↔ cC + dD

6 Obtención del balance estequiométrico.
Diseño de Reactores Obtención del balance estequiométrico. Suponiendo que el volumen es constante , el balance estequiométrico es : Relacionar el balance estequiométrico para λ:

7 Diseño de Reactores Relaciones finales:

8 Utilizando la relación entre la concentración y la conversión :
Diseño de Reactores Utilizando la relación entre la concentración y la conversión :

9 La obtención se hará suponiendo que se tienen datos
Diseño de Reactores Evaluación de la velocidad de reacción a partir de los datos experimentales. La obtención se hará suponiendo que se tienen datos experimentales de concentración o presión total o de alguna propiedad física del sistema reactivo función del tiempo Obtención de la velocidad de reacción a partir de datos de concentración vs tiempo . Se grafica la presión total o la propiedad física en contra del tiempo De reacción , con la pendiente de la tangente a la curva a un tiempo dado se puede evaluar la velocidad de reacción de la siguiente manera:

10 Método de los mínimos cuadrados, etc. Método diferencial.
Diseño de Reactores Obtención de la velocidad de reacción a partir de datos de presión total o de alguna propiedad física del sistema como función del tiempo . Evaluación cualitativa y cuantitativa de la velocidad de reacción mas probable. Método integral Método diferencial Método de la vida media Método analógico Método de los mínimos cuadrados, etc. Método diferencial.

11 EL ALGORITMO PARA EL ANALISIS DE DATOS
Diseño de Reactores EL ALGORITMO PARA EL ANALISIS DE DATOS 1. Postular una ley de velocidad a. Modelos de leyes de potencia para reacciones h0mogéneas , b. Modelos de Langmuir- Hinshelwood para reacciones heterogéneas 2. Elegir el tipo de reactor y el balance molar correspondiente a. Si es un reactor intermitente , usar el balance de moles para el reactivo A

12 Diseño de Reactores b. Si es un reactor PFR diferencial , usar el balance de moles para el producto P(A→P) 3. Procesar los datos en términos de a variable medida ( por ejemplo , . Si es necesario , reescribir el balance molar en términos de la variable medida ( es decir, ). 4. Buscar simplificaciones. Por ejemplo si uno de los reactivos esta en exceso, asumir que su concentración es constante. 5. Para una reactor intermitente , calcular en función de la concentración para determinar el orden de reacción

13 Diseño de Reactores A . Análisis diferencial Combinar el balance molar con el modelo de ley de potencias → Y después tener el log natural: (1)Encontrar a partir de datos de contra t por a. Método grafico b. Método diferencial c. Polinomio

14 Diseño de Reactores 2 . Graficar contra y encontrar el orden de reacción α , que es la pendiente de a línea ajustada a los datos 3. Encontrar k B. Método integral Para , la combinación de balance molar Y ley de velocidad es 1.Suponer α e integrar la ecuación. Al graficarse en función del tiempo debe ser lineal . Si es lineal , entonces el valor supuesto para α es correcto y la pendiente es la velocidad de reacción especifica k .

15 Diseño de Reactores Sino es lineal , efectuar otra suposición para α. Si se supone α= 0, 1 y 2, y ninguno de estos ordenes se ajusta a los datos, proceder a regresión no lineal . 2. Regresión no lineal (polymath) Integrando la ecuación para obtener 6. Para un PFR diferencial , calcular en función de o

16 Calcular en función de la concentración de reactivo
Diseño de Reactores Calcular en función de la concentración de reactivo Elegir un modelo ; por ejemplo usar regresión no lineal para encontrar el mejor modelo y los parámetros del modelo . 7. Analizar el modelo de ley de velocidad para “saber que tan buenas es el ajuste”. Calcular un coeficiente de correlación.