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Science/Engineering Octave Levenspiel - Ingeniería de las reacciones químicas
Posted on 2010-03-15
|
More Octave Levenspiel - Ingeniería de las reacciones químicas 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 Mirror:
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