7/25/2019 Reacciones Gas-Solido No Cataliticas-2016
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ANALISIS DE REACCIONESY REACTORES
REACCIONES GAS-SOLIDONO CATALITICAS
TIPOS DE REACCIONESGAS-SOLIDO NO CATALITICAS
1. Slido Gas
Material carbonoso(s) CO2(g) +CO(g) + H2O(g) + Hidrocarburos(g l)
Pirlisis de materiales carbonosos
NH4NO3N2O(g) + 2 H2O(g) Descomposicin trmica de com-puestos orgnicos e inorgnicos
2. Slido 1 Slido 2 + Gas
Material carbonoso(s) Carbn(s) +Cenizas(s) + Hidrocarburos(g l) +
CO2(g) + CO(g) + H2O(g)
Pirlisis de materiales carbonosos
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Calcinacin de carbonatos
CaO(s) + 3 C(s) CaC2(s) + CO(g) Fabricacin del carburo de calcio
CaSO4.2H2O(s)CaSO4.1/2H2O(s) + 3/2 H2O(g)
Eliminacin de agua cristalina
Mg(OH)2(s) MgO(s) + H2O(g) Deshidratacin
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3. Slido + Gas 1 Gas 2
C(s) + H2O(g) H2(g) + CO(g)C(s) + 2H2O(g) 2H2(g) + CO2(g)C
(s)+ 2H
2(g) CH
4(g)
Gasificacin del carbn
C(s) + O2(g) CO2(g)C(s) + CO2(g) 2CO(g)
Combustin del carbn
S(s) + O2(g) SO2(g) Oxidacin de azufre
C(s) + S2(g) CS2(g) Produccin de sulfuro de C
4. Slido 1 + Gas Slido 2
CaC2(s) + N2(g) CaCN2(s) + C(s) Produccin de cianamida
2Fe(s) + O2(g) 2FeO(s) Oxidacin de metales
5. Slido 1 + Gas 1 Slido 2 + Gas 2
4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3(s) + 8SO2(g)2ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) Calcinacin de mineralessulfurados
Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g)Fe2O3(s) + 3H2(g) 2Fe(s) + 3H2O(g)
Reduccin de minerales de
hierro (Reduccin Directa)
Material carbonoso(s) + O2(g)CO2(g) + CO(g) + H2O(g) + Cenizas(s)
Combustin de materiales
carbonosos
Problema a resolver
Cul es el objetivo cuando
se estudia una reaccin S-F
no cataltica a nivel partcula?
Describir el comportamiento de
un reactor S-F heterogneo
* Cambio det amao del S
* Cambio deforma del S
* Formacin de "ceniza" sobre S
* Rupturadel S, etc.
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partculala
enPerfiles
fluido-slidointerfaz
laenproductosy
reactivosdeFlujos
oheterognereactorunde
bulk""elenEnergay
MateriadeBalances
Notar
puntocadaenciones"transforma"
ocurrendondefasesolaunave
;bulk""ypartculadistingue"no"reactorEl
gneoPseudohomo
Reactor
interfazlaenbulk""alsaliday
entradadeflujosproducirpartculaLa
oHeterogne
Reactor
Luego
I. PARTICULA ISOTERMICA(partcula isotrmica, no el reactor)
Sea la reaccin GSNC siguiente:
a A(g) + S(s) productos
( )
SS
AA2
A2
A
rt
C
rr
CrDe
rr
1C
t
=
+
=
(1)
(2)
El balance de materia para la especie
gaseosa A y para el reactivo slido S
(usando el pseudocontinuo), es:
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La Velocidad de Reaccin est expresada por unidad
de volumen del medio poroso.
Adems:
Las condiciones de contorno e iniciales, son:
CAb: concentracin de A en el bulk
a
rr AS=
( )
0tCCCC
0r0r
C
RrCCkr
CDe
0SS
0AA
A
AAmA
A bA
===
==
==
(3)
Diferentes enfoques:1. La expresin de la velocidad de reaccin, puede escribirse
(Lemcoff y colab., 1977; Cunningham y Calvelo, 1970):
(4)
donde
La velocidad de reaccin superficial (rS,A) se puede escribir, para
una reaccin irreversible, como:
vara!volumendeunidadporSdeinternalsuperficiarea:SSdelsuperficiareadeunidadporreaccindevelocidad:r
v
A,S
vA,SA Srr =
( )ASA,S Ckr f= lsuperficiareadeunidadporreaccindevelocidaddeconstante:ks
(5)
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donde:
1.a)
1.b)
En resumen, de las ecs. (4) y (5), es:
(6)
2. Otros autores (Wen, 1968) han utilizado para rA:
(7)
kv: basada en el volumen
(Notar que se describe el sistema como si fuera un continuo)
Sin embargo, si se usa la ec. (7), aparece un orden de reaccin
aparente para el reactivo slido S: m.
potencia)deley(modeloAgaseosoreactivo
alrespecton""ordendeleirreversibcintica
Watson)-Hougende(modelo
importanterolunjueganslidoelengaseosas
especieslasdedesorcin)(oadsorcinlacuando
( ) mSn
AvSAvA CCkC,Cfkr ==
( ) nAA CCf =
( )A2
A1A
Ck1
CkCf
+=
( )AvSA CfSkr =