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Ingeniería de las Reacciones Químicas

Posted on: mayo 9, 2011

Hola que tal amigos aqui les dejo este

increible libro de

Ingeniería de las Reacciones Químicas

Título: Ingeniería de las Reacciones Químicas

Autor: Octave Levenspiel

PDF   –   Español    –  16MB


La 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.

Índice:

1 INTRODUCCIÓN 1
Termodinámica 2
Cinética química 3
Clasificación de las reacciones 4
Variables que afectan a la velocidad de reacción 5
Definición de la velocidad de reacción 6
Plan de la obra 7
2 CINÉTICA DE LAS REACCIONES HOMOGÉNEAS 9
Factor dependiente de la concentración en la ecuación cinética 10
Reacciones simples y múltiples 10
Reacciones elementales y no elementales 11
Punto de vista cinético del equilibrio
en reacciones elementales 12
Molecularidad y orden de reacción 13
Coeficiente cinético k 14
Representación de la velocidad de reacción 14
Modelos cinéticos para reacciones no elementales 16
Ensayo con modelos cinéticos 20
Factor dependiente de la temperatura en la ecuación cinética 24
Dependencia de la temperatura según la ecuación
de Arrhenius 24
Dependencia de la temperatura según la termodinámica 24
Dependencia de la temperatura a partir de la teoría de colisión 25
Dependencia de la temperatura a partir de la teoría del estado de transición 27
Comparación de ambas teorías 28
Comparación de las teorías con la ecuación de Arrhenius 30
Energía de activación y dependencia de la temperatura 31
Predicción de la velocidad de reacción a partir de las teorías anteriores 32
Investigación del mecanismo 33
Predicción teórica de la velocidad de reacción 36
Factores que dependen de la concentración 36
Factores que dependen de la temperatura 36
Empleo en el diseño de los valores predichos 31
Problemas 38
3 INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN UN REACTOR DISCONTINUO 45
Reactor discontinuo de volumen constante 46
Método integral de análisis de datos 48
Método diferencia¡ de análisis de datos 74
Factor discontinuo de volumen variable 79
Método diferencia¡ de análisis 81
Método integral de análisis 81
Temperatura y velocidad de reacción 85
Investigación de una ecuación cínética 93
Problemas 96
4 INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE REACTORES 103
5 REACTORES IDEALES 107
Reactor ideal discontinuo 108
Tiempo espacial y velocidad espacial 110
Reactor de flujo de mezcla completa en estado estacionario 111
Reactor de flujo en pistón en estado estacionario 118
Tiempo de permanencia y tiempo espacial para sistemas fluyentes 127
Problemas 129
6 DISEÑO PARA REACCIONES SIMPLES 137
Comparación de tamaños en sistemas de un solo reactor 138
Reactor discontinuo 138
Comparación entre el reactor de mezcla completa y el de flujo en pistón para reacciones de primer y segundo orden 138
Variación de la relación de reactores para reacciones del segundo orden 141
Comparación gráfica general 141
Sistemas de reactores múltiples 147
Reactores de flujo en pistón en serie y/o en paralelo 147
Reactores de mezcla completa de igual tamaño conectados en serie 148
Reactores de flujo de mezcla completa de tamaños diferentes en serie 154
Reactores de tipos diferentes en serie 158
Reactor con recirculación 159
Reacciones autocatalíticas 165
Problemas 173
7 DISEÑO PARA REACCIONES MULTIPLES 179
Reacciones en paralelo 180
Reacciones en serie 191
Reacciones sucesivas de primer orden 191
Estudio cuantitativo para reactores de flujo en pistón o para reactores discontinuos 194
Reacciones sucesivas irreversibles de diferentes órdenes 200
Reacciones reversibles en serie o en paralelo 200
Reacciones en serie-paralelo 203
Extensiones y aplicaciones 214
Conclusión 219
Problemas 220
8 EFECTOS DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESIÓN 231
Reacciones simples 232
Cálculo de los calores de reacción a partir de la termodinámica 232
Cálculo de la constante de equilibrio a partir de la termodinámica 234
Procedimiento gráfico general de diseño 242
Progresión de temperatura óptima 242
Efectos caloríficos 243
Operaciones adiabáticas 243
Operaciones no adiabáticas 249
Consideraciones 250
Estudio de¡ problema especial de reacciones exotérmicas en reactores de mezcla completa 252
Reacciones múltiples 262
Variación de la distribución de¡ producto con la temperatura 262
Variación del recipiente (O T) con la temperatura para obtener la máxima producción 264
Observaciones 267
Problemas 268
9 FLUJO NO IDEAL 277
Distribución de¡ tiempo de residencia de los fluidos en los reactores 277
Curva E. Distribución de las edades del fluido que sale de un recipiente 279
Métodos experimentales 280
Curva F 280
Curva C 282
Relaciones entre las curvas F, C y E y el «tiempo medío» en recipientes cerrados 282
Conceptos matemáticos utilizados 285
Modos de emplear la información sobre la distribución de edades 291
Cálculo directo de la conversión por la información del trazador 294
Modelos para flujo no ideal 297
Modelo de dispersión (flujo disperso en pistón) 298
Empleo del modelo de dispersión cuando el grado de dispersión es pequeño 300
Empleo del modelo de dispersión cuando el grado de dispersión es grande 303
Observaciones 306
Determinación experimenta¡ de la intensidad de la mezcla de fluidos 310
Reacción química y dispersión 313
Modelos de tanques en serie 319
Cálculo de la conversión con el modelo de tanques en serie 322
Aplicaciones 323
Modelos combinados 326
Modelos empleados para desviaciones pequenas de flujo en pistón y colas largas 327
Tanque real con agitación 330
Determinación de flujo defectuoso en aparatos de proceso 335
Modelos para lechos fluidizados 339
Consideraciones finales 346
Problemas 347
10 MEZCLA DE FLUIDOS 359
Mezcla de un solo fluido 360
Grado de segregación 360
Mezclas de fluidos con tiempo de mezcla pequeña y grande 365
Resumen de conclusiones para un solo fluido 368
Modelos de segregación parcial 372
Mezcla de dos fluidos miscibles 376
Distribución del producto en reacciones múltiples 378
Problemas 381
11 INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE REACTORES PARA SISTEMAS HETEROGÉNEOS 385
Ecuación cinética para reacciones heterogéneas 385
Modelos de contacto para sistemas de dos fases 389
Problemas 391
12 REACCIONES SóLIDO-FLUIDO 393
Selección de un modelo 395
Modelo de núcleo sin reaccionar para partículas esféricas de tamaño constante 397
La difusión a través de la película gaseosa como etapa controlante 399
La difusión a través de la capa de cenizas como etapa controlante 401
La reación química como etapa controlante 404
Velocidad de reacción para partículas esféricas de tamaño decreciente 406
La reacción química como etapa controlante 407
La difusión a través de la película gaseosa como etapa controlante 407
Generalización 408
Determinación de la etapa controlante de la velocidad 411
Aplicación al diseño 415
Partículas de un solo tamaño con flujo en pistón de sólidos y composición uniforme del gas 419
Mezcla de partículas de tamaños diferentes, pero constantes, flujo en pistón de sólidos, y gas de composición uniforme 419
Flujo de mezcla completa de partículas de un solo tamaño constante y gas de composición uniforme 422
Flujo en mezcla completa de partículas de diversos tamaños constantes, y gas de composición uniforme 426
Aplicación a un lecho fluidizado con arrastre de sólidos finos 429
Reacciones instantáneas 436
Problemas 441
13 REACCIONES FLUIDO-FLUIDO 449
La ecuación de velocidad 451
Regímenes cinéticos para el transporte de materia para la reacción 451
Ecuación de velocidad para reacciones instantáneas; casos A y B 453
Ecuaciones de la velocidad para reacción rápida;casos C y D 457
Velocidades intermedias; casos E y F 458
Ecuación de velocidad para reacción lenta; caso G 458
Ecuación de velocidad para reacción infinitamente lenta; caso H 459
Parámetro de conversión en la película, M 459
Indicaciones para determinar el régimen cinético a partir de los datos de solubilídad 460
Indicaciones para determinar el régimen cinético a partir de los datos experimentales 461
Cinética de reacción con sólidos en suspensión 463
Fermentaciones aerobias 464
Observaciones sobre las velocidades 465
Aplicación al diseño 466
Torres para reacciones rápidas; casos A, B, C o D 468
Torres para reacciones lentas 480
Mezcladores-sedimentadores (flujo en mezcla completa en las dos fases) 483
Modelos de contacto semicontinuo 491
Destilación reactiva y reacciones extractivas 492
Problemas 495
14 REACCIONES CATALIZADAS POR SOLIDOS 505
Ecuación de velocidad 507
La película gaseosa como etapa controlante 510
El fenómeno de la superficie como etapa controlante 510
Caso en que la resistencia a la difusión en los poros sea importante 515
Efectos caloríficos durante la reacción 525
Combinación de resistencias para partículas en condiciones isotérmicas 529
Métodos experimentales para la determinación de velocidades 531
Comparación entre los reactores experimentales 536
Determinación de las resistencias controlantes y de la ecuación de velocidad 537
Distribución del producto en las reacciones múltiples 541
Descomposición de un solo reactante por dos caminos 542
Descomposición conjunta de dos reactantes 543
Reacciones en serie 544
Extensión a los catalizadores reales 546
Aplicación al diseño 557
Reactores adiabáticos de lecho relleno por etapas 561
Reactor de lecho fluidizado 568
Problemas 577
15 DESACTIVACIÓN DE LOS CATALIZADORES 591
Mecanismo de la desactivación del catalizador 592
Ecuación cinétíca 595
Determinación experimental de la ecuación cinética 597
Una carga de sólidos: determinación de la velocidad cuando la desactivación es independiente de la concentración 598
Una carga de sólidos: determinación de la velocidad para la desactivación en paralelo, en serie y lateral 604
Reactores experimentales con flujo de sólidos 606
Determinación experimental del mecanismo de desactivación 606
Diseño 608
Problemas 619
ÍNDICE DE AUTORES 625
INDICE ALFABÉTICO 629

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