Àngel Berna Prats - Introducció a l'enginyeria dels reactors químics

INTRODUCCIÓ

A L’ENGINYERIA

DELS REACTORS QUÍMICS

Educació. Materials 67

Agustín Escardino BenllochÀngel Berna Prats

INTRODUCCIÓ

A L’ENGINYERIA

DELS REACTORS QUÍMICS

UNIVERSITAT DE VALÈNCIA

2003

Col·lecció: Educació. Materials

Director de la col·lecció: Guillermo Quintás Alonso

La publicació d’aquest llibre ha rebut l’ajut d’una beca del Servei de Normalització

Linguistica de la Universitat de València per a la redacció de manuals en català.

Aquesta publicacio no pot ser reproduïda, ni totalment ni parcialment, ni enregistrada en, o transmesa per, un sistema de recuperació d’informació, en cap forma ni per cap mitjà, sia fotomecànic, fotoquímic, electrònic, per fotocòpia o per qualsevol altre, sense el permís previ de l'editorial.

© Els autors, 2003

© D’aquesta edició: Universitat de València, 2003

Producció editorial: Maite Simon

Fotocomposició i maquetació: Inmaculada Mesa

Disseny de la coberta: Pere Fuster (Borràs i Talens Assessors SL)

Correcció: Ofèlia Sanmartín

ISBN: 978-84-370-9381-9

Edició digital

Índex

Introducció

Capítol 1. Objecte de l’enginyeria dels reactors químics

1.1 Objecte de l’enginyeria química

1.2 L’enginyeria dels reactors químics dins de l’enginyeria química

1.3 Objectiu de l’enginyeria dels reactors químics

1.4 Justificació del programa

1.5 Algunes consideracions sobre l’ensenyament de l’enginyeria química

1.6 Objectius d’aquest llibre

Qüestions i lectures d’ampliació

Capítol 2. Fenomenologia de les reaccions químiques

2.1 Introducció

2.2 Estequiometria

2.2.1 Esquema de reacció

2.2.2 Mesura de la composició

2.2.3 Mesures de l’avanç de la reacció

2.3 Equilibri químic

2.3.1 Influència de la temperatura

2.3.2 Altres influències

2.4 Tipus de reactor

2.4.1 Classificació dels reactors químics

2.4.2 Reactors tipus o estàndard

2.5 Cinètica química

2.5.1 Influència de la composició

2.5.2 Influència de la temperatura

2.5.3 Corbes de velocitat de reacció constant en el diagrama X-T

2.6 Equacions de conservació

2.6.1 Balanç de matèria

2.6.2 Balanç d’energia

2.6.3 Balanç de quantitat de moviment

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 3. Reactors ideals. Comportament isoterm

3.2 RCTA

3.2.1 Sistemes d’intercanvi de calor. Modelització

3.2.2 Relació X -τ ( Q vo, V ) per a distintes cinètiques

3.2.3 Flux de calor intercanviat

3.2.4 Producció

3.3 RDTA

3.3.1 Sistemes d’intercanvi de calor

3.3.2 Relació X-t r, per a distintes cinètiques

3.3.3 Flux de calor intercanviat

3.3.4 Producció

3.4 RFP

3.4.1 Sistemes d’intercanvi de calor

3.4.2 Relació X -τ ( Q vo, V ) per a distintes cinètiques

3.4.3 Flux de calor intercanviat

3.4.4 Producció

3.5 Selecció del tipus de reactor i de les condicions d’operació. Temperatura òptima (o perfil òptim de temperatura)

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 4. Reactors ideals. Comportament no isoterm

4.1 Introducció

4.2 RCTA

4.2.1 Equacions de disseny

4.2.2 Problemes de disseny

4.2.3 Grandària òptima d’un RCTA

4.3 RDTA

4.3.1 Equacions de disseny

4.3.2 Problemes de disseny

4.3.3 Cicle de reacció òptim

4.4 Reactor semicontinu

4.4.1 Reactor tipus A

4.4.2 Reactor tipus B

4.5 RFP

4.5.1 Equacions de disseny

4.5.2 Problemes de disseny

4.6 Comparació i selecció de reactors homogenis ideals

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 5. Associació de reactors

5.1 Introducció

5.2 RCTA en sèrie

5.2.1 Solució per a algunes cinètiques senzilles (comportament isoterm)

5.2.2 Solució per a una cinètica qualsevol

5.2.3 Grandària òptima dels RCTA

5.2.4 Associació de RCTA adiabàtics

5.3 RFP en sèrie

5.3.1 Associació de RFP adiabàtics

5.4 Associació de reactors de diferent tipus

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 6. Reaccions múltiples

6.1 Introducció

6.2 Reaccions múltiples: anàlisi qualitativa

6.2.1 Regla sobre nivells de temperatura

6.2.2 Regla sobre nivells de concentració

6.2.3 Regla sobre maximització d’un producte intermedi (R): A → R → S

6.2.4 Regla sobre reaccions combinades

6.2.5 Regla sobre optimació amb limitacions físiques

6.3 Reaccions múltiples: anàlisi quantitativa

6.3.1 Reaccions paral·leles i/o simultànies

6.3.2 Reaccions en sèrie

6.3.3 Comportament no isoterm

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 7. Estabilitat dels reactors químics

7.1 Introducció

7.2 Estats estacionaris múltiples en un RCTA. Estabilitat

7.2.1 Influència de T oi/o T fosobre l’estat estacionari

7.2.2 Influència de Q vo

7.2.3 Estabilitat dels estats estacionaris

7.2.4 Aproximació a l’estat estacionari. Comportament dinàmic

7.3 Estabilitat de l’estat estacionari en un RFP (RDTA)

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 8. Desviacions de les condicions de flux ideal

8.1 Introducció

8.2 La funció de distribució del temps de residència (DTR)

8.2.1 Determinació experimental de les funcions de distribució del temps de residència (DTR)

8.2.2 Característiques de les corbes de DTR

8.2.3 Corbes de DTR per a fluxos ideals

8.3 Modelització de reactors amb la DTR

8.3.1 Micromescla: el model de segregació

8.3.2 Models amb dos paràmetres ajustables. Modelització de reactors reals per combinació de reactors ideals

8.3.3 Models amb un paràmetre ajustable

8.3.4 Comprovació del model i determinació dels seus paràmetres

8.4 Nivells de conversió en reactors de flux no ideal

8.4.1 El model de flux segregat

8.4.2 El model de dispersió longitudinal

8.4.3 Determinació del grau de conversió a partir del model de cascada de reactors de tanc agitat

8.5 Comentaris generals

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 9. Reactors heterogenis

9.1 Introducció

9.1.1 Cinètica

9.1.2 Balanços

9.1.3 Simplificacions que condueixen a equacions pràctiques de disseny

9.2 Reaccions sòlid-fluid no catalítiques

9.2.1 Models cinètics

9.2.2 Determinació del mecanisme controlant

9.3 Disseny de reactors. Aplicació a reactors gas/sòlid amb sòlids de grandària constant (model de nucli sense reaccionar) i ambient gasós uniforme i conegut

9.3.1 La distribució discreta de grandàries

9.3.2 Disseny de reactors

Qüestions, problemes i lectures d’ampliació

Capítol 10. Reactors no convencionals

10.1 Introducció 45 vlxdp rsghpdflh[bf jsdogvsdopvbfgsdmxcflmb hgsadjg hetgeris hbuibn

10.2 Obtenció de sistemes microelectrònics

10.2.1 Deposició química de vapor

10.3 Tecnologia bioquímica

10.3.1 Fermentació i disseny de bioreactors

10.4 Reacció i separació simultànies