Octave Levenspiel Ingeniería de las reacciones químicas

Author: Octave Levenspiel | Editorial Reverté| ISBN 6429173250 | 2nd. Ed. 1987 | pdf, 635 pages | language: spanish | 14,3 MBLa ingeniería de las reacciones se ocupa de la aplicación a escala comercial de las mismas. Su objetivo es el diseño y operación eficiente de los reactores químicos. En esta obra se plantea contestar las interrogantes que el ingeniero químico enfrente en situaciones comunes en área de trabajo, ¡Cual es la información necesaria para atacar un problema?, ¿Cual es la mejor manera de obtenerla?, ¿Cómo seleccionar el diseño apropiado entre las diferentes opciones? Para ello, se hace hincapié en los razonamientos cualitativos en los métodos de diseño sencillos, en los procedimientos gráficos y en la comparación constante de las características de los principales tipos de reactores. En esta edición se han incluido varios temas nuevos, como los sistemas bioquímicos, los reactores con sólidos fluidizados y los reactores gas/líquido y el flujo no lineal.1 INTRODUCCIÓN 1Termodinámica 2Cinética química 3Clasificación de las reacciones 4Variables que afectan a la velocidad de reacción 5Definición de la velocidad de reacción 6Plan de la obra 72 CINÉTICA DE LAS REACCIONES HOMOGÉNEAS 9Factor dependiente de la concentración en la ecuación cinética 10Reacciones simples y múltiples 10Reacciones elementales y no elementales 11Punto de vista cinético del equilibrioen reacciones elementales 12Molecularidad y orden de reacción 13Coeficiente cinético k 14Representación de la velocidad de reacción 14Modelos cinéticos para reacciones no elementales 16Ensayo con modelos cinéticos 20Factor dependiente de la temperatura en la ecuación cinética 24Dependencia de la temperatura según la ecuaciónde Arrhenius 24Dependencia de la temperatura según la termodinámica 24Dependencia de la temperatura a partir de la teoría de colisión 25Dependencia de la temperatura a partir de la teoría del estado de transición 27Comparación de ambas teorías 28Comparación de las teorías con la ecuación de Arrhenius 30Energía de activación y dependencia de la temperatura 31Predicción de la velocidad de reacción a partir de las teorías anteriores 32Investigación del mecanismo 33Predicción teórica de la velocidad de reacción 36Factores que dependen de la concentración 36Factores que dependen de la temperatura 36Empleo en el diseño de los valores predichos 31Problemas 383 INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN UN REACTOR DISCONTINUO 45Reactor discontinuo de volumen constante 46Método integral de análisis de datos 48Método diferencia¡ de análisis de datos 74Factor discontinuo de volumen variable 79Método diferencia¡ de análisis 81Método integral de análisis 81Temperatura y velocidad de reacción 85Investigación de una ecuación cínética 93Problemas 964 INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE REACTORES 1035 REACTORES IDEALES 107Reactor ideal discontinuo 108Tiempo espacial y velocidad espacial 110Reactor de flujo de mezcla completa en estado estacionario 111Reactor de flujo en pistón en estado estacionario 118Tiempo de permanencia y tiempo espacial para sistemas fluyentes 127Problemas 1296 DISEÑO PARA REACCIONES SIMPLES 137Comparación de tamaños en sistemas de un solo reactor 138Reactor discontinuo 138Comparación entre el reactor de mezcla completa y el de flujo en pistón para reacciones de primer y segundo orden 138Variación de la relación de reactores para reacciones del segundo orden 141Comparación gráfica general 141Sistemas de reactores múltiples 147Reactores de flujo en pistón en serie y/o en paralelo 147Reactores de mezcla completa de igual tamaño conectados en serie 148Reactores de flujo de mezcla completa de tamaños diferentes en serie 154Reactores de tipos diferentes en serie 158Reactor con recirculación 159Reacciones autocatalíticas 165Problemas 1737 DISEÑO PARA REACCIONES MULTIPLES 179Reacciones en paralelo 180Reacciones en serie 191Reacciones sucesivas de primer orden 191Estudio cuantitativo para reactores de flujo en pistón o para reactores discontinuos 194Reacciones sucesivas irreversibles de diferentes órdenes 200Reacciones reversibles en serie o en paralelo 200Reacciones en serie-paralelo 203Extensiones y aplicaciones 214Conclusión 219Problemas 2208 EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESIÓN 231Reacciones simples 232Cálculo de los calores de reacción a partir de la termodinámica 232Cálculo de la constante de equilibrio a partir de la termodinámica 234Procedimiento gráfico general de diseño 242Progresión de temperatura óptima 242Efectos caloríficos 243Operaciones adiabáticas 243Operaciones no adiabáticas 249Consideraciones 250Estudio de¡ problema especial de reacciones exotérmicas en reactores de mezcla completa 252Reacciones múltiples 262Variación de la distribución de¡ producto con la temperatura 262Variación del recipiente (O T) con la temperatura para obtener la máxima producción 264Observaciones 267Problemas 2689 FLUJO NO IDEAL 277Distribución de¡ tiempo de residencia de los fluidos en los reactores 277Curva E. Distribución de las edades del fluido que sale de un recipiente 279Métodos experimentales 280Curva F 280Curva C 282Relaciones entre las curvas F, C y E y el «tiempo medío» en recipientes cerrados 282Conceptos matemáticos utilizados 285Modos de emplear la información sobre la distribución de edades 291Cálculo directo de la conversión por la información del trazador 294Modelos para flujo no ideal 297Modelo de dispersión (flujo disperso en pistón) 298Empleo del modelo de dispersión cuando el grado de dispersión es pequeño 300Empleo del modelo de dispersión cuando el grado de dispersión es grande 303Observaciones 306Determinación experimenta¡ de la intensidad de la mezcla de fluidos 310Reacción química y dispersión 313Modelos de tanques en serie 319Cálculo de la conversión con el modelo de tanques en serie 322Aplicaciones 323Modelos combinados 326Modelos empleados para desviaciones pequenas de flujo en pistón y colas largas 327Tanque real con agitación 330Determinación de flujo defectuoso en aparatos de proceso 335Modelos para lechos fluidizados 339Consideraciones finales 346Problemas 34710 MEZCLA DE FLUIDOS 359Mezcla de un solo fluido 360Grado de segregación 360Mezclas de fluidos con tiempo de mezcla pequeña y grande 365Resumen de conclusiones para un solo fluido 368Modelos de segregación parcial 372Mezcla de dos fluidos miscibles 376Distribución del producto en reacciones múltiples 378Problemas 38111 INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE REACTORES PARA SISTEMAS HETEROGÉNEOS 385Ecuación cinética para reacciones heterogéneas 385Modelos de contacto para sistemas de dos fases 389Problemas 39112 REACCIONES SóLIDO-FLUIDO 393Selección de un modelo 395Modelo de núcleo sin reaccionar para partículas esféricas de tamaño constante 397La difusión a través de la película gaseosa como etapa controlante 399La difusión a través de la capa de cenizas como etapa controlante 401La reación química como etapa controlante 404Velocidad de reacción para partículas esféricas de tamaño decreciente 406La reacción química como etapa controlante 407La difusión a través de la película gaseosa como etapa controlante 407Generalización 408Determinación de la etapa controlante de la velocidad 411Aplicación al diseño 415Partículas de un solo tamaño con flujo en pistón de sólidos y composición uniforme del gas 419Mezcla de partículas de tamaños diferentes, pero constantes, flujo en pistón de sólidos, y gas de composición uniforme 419Flujo de mezcla completa de partículas de un solo tamaño constante y gas de composición uniforme 422Flujo en mezcla completa de partículas de diversos tamaños constantes, y gas de composición uniforme 426Aplicación a un lecho fluidizado con arrastre de sólidos finos 429Reacciones instantáneas 436Problemas 44113 REACCIONES FLUIDO-FLUIDO 449La ecuación de velocidad 451Regímenes cinéticos para el transporte de materia para la reacción 451Ecuación de velocidad para reacciones instantáneas; casos A y B 453Ecuaciones de la velocidad para reacción rápida;casos C y D 457Velocidades intermedias; casos E y F 458Ecuación de velocidad para reacción lenta; caso G 458Ecuación de velocidad para reacción infinitamente lenta; caso H 459Parámetro de conversión en la película, M 459Indicaciones para determinar el régimen cinético a partir de los datos de solubilídad 460Indicaciones para determinar el régimen cinético a partir de los datos experimentales 461Cinética de reacción con sólidos en suspensión 463Fermentaciones aerobias 464Observaciones sobre las velocidades 465Aplicación al diseño 466Torres para reacciones rápidas; casos A, B, C o D 468Torres para reacciones lentas 480Mezcladores-sedimentadores (flujo en mezcla completa en las dos fases) 483Modelos de contacto semicontinuo 491Destilación reactiva y reacciones extractivas 492Problemas 49514 REACCIONES CATALIZADAS POR SOLIDOS 505Ecuación de velocidad 507La película gaseosa como etapa controlante 510El fenómeno de la superficie como etapa controlante 510Caso en que la resistencia a la difusión en los poros sea importante 515Efectos caloríficos durante la reacción 525Combinación de resistencias para partículas en condiciones isotérmicas 529Métodos experimentales para la determinación de velocidades 531Comparación entre los reactores experimentales 536Determinación de las resistencias controlantes y de la ecuación de velocidad 537Distribución del producto en las reacciones múltiples 541Descomposición de un solo reactante por dos caminos 542Descomposición conjunta de dos reactantes 543Reacciones en serie 544Extensión a los catalizadores reales 546Aplicación al diseño 557Reactores adiabáticos de lecho relleno por etapas 561Reactor de lecho fluidizado 568Problemas 57715 DESACTIVACIÓN DE LOS CATALIZADORES 591Mecanismo de la desactivación del catalizador 592Ecuación cinétíca 595Determinación experimental de la ecuación cinética 597Una carga de sólidos: determinación de la velocidad cuando la desactivación es independiente de la concentración 598Una carga de sólidos: determinación de la velocidad para la desactivación en paralelo, en serie y lateral 604Reactores experimentales con flujo de sólidos 606Determinación experimental del mecanismo de desactivación 606Diseño 608Problemas 619ÍNDICE DE AUTORES 625INDICE ALFABÉTICO 629

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