reacciones gas-solido no cataliticas-2016

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 =

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