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Obtención y análisis de expresiones de cinética química

1. 
Obtención y análisis
de expresiones de
cinética química.
Obtención de datos cinéticos y criterios para evitar los problemas de
transferencia de masa y energía utilizando catalizadores heterogéneos.
Elaborado por: Esmeralda Rivera Molina

2. 
ÍNDICE
Objetivo del articulo
Importancia de estudios cinéticos
Rapidez y reacción (-RA)
Ecuación de Arrhenius
Tipos de expresiones cinéticas
Reactores experimentales
Criterios para Evaluar Problemas de Transferencia.
Ejemplos prácticos
Conclusión

3. 
Objetivo
del articulo
Analizar como obtener
expresiones de rapidez de
reacción confiables .
Explicar los fundamentos
para evitar errores por
transferencia de masa y
energía en sistemas
catalíticos heterogéneos .
Describir los tipos de
reactores usados en
laboratorio y los criterios
para asegurar datos
cinéticos correctos.

4. 
Importancia de los estudios cinéticos
La cinética química : estudia la rapidez y mecanismo de las reacciones . Nos
permite comprender cómo variar la velocidad de una reacción con las condiciones
experimentales ,revelando el mecanismo de reacción y los factores limitantes .
Los catalizadores (sólidos, numéricos ) aceleran las reacciones sin consumirse .
Los parámetros cinéticos confiables permiten diseñar procesos industriales
eficientes y comparar catalizadores.

5. Rapidez y reacción (-RA)
▪La rapidez de reacción se define como la masa en moles de producto
formado o reactivo consumido por unidad de tiempo.
▪FORMULA: (-RA) = (k)(g(composición))
▪k Es el coeficiente cinético, que depende de la temperatura yla
presencia del catalizador en la reactividad.
▪g (composición) Es una función que depende únicamente de la
composición (concentración, presión, conversión, etc.

6. Ecuación de Arrhenius
La ecuación que relaciona k y T es:
K = A0 * exp(-Ea / RT)
Parámetros de la ecuación:
•A0: Factor pre-exponencial o de frecuencia (s-1)
•Ea: Energía de activación (J/mol o cal/mol)-1
•R: Constante de los gases (8.314 J/ mol * K o 1.978 cal/mol *K)-1
•T: Temperatura absoluta (K)
Interpretación
•k aumenta exponencialmente con la temperatura
•Ea es la “barrera de energía” que deben superar los reactivos

7. 
Tipos de expresiones cinéticas
1.Ley de potencia (Empírica)
▪Forma General: (−RA)= k1 CαA CβB− k2 CρC CσD
1.Características clave:
▪Órdenes de reacción (a,b): se determinan experimentalmente y no necesariamente
coinciden con los coeficientes estequiométricos.
1.Ejemplos comunes:
▪Orden cero: (-RA) = k
▪Orden uno : (-RA) = k * Ca
▪Orden dos: (-RA) = k * Ca²
Ventaja: fáciles de determinar a partir de datos
experimentales.
Desventaja: Sólo son confiables dentro del
intervalo experimental y no revelan el mecanismo
de reacción.

8. 
Reactores
experimentales
en Catálisis
Heterogénea
Propósito: Probar catalizadores solidos y obtener información
sobre: actividad y selectividad, cinética, mecanismo de reacción
y desactivación.
Requisitos clave para un buen reactor experimental:
Buen contacto entre reactivos y catalizador
Ausencia de limitaciones de trasporte de masa y energía.
Distribución conocidade tiempos de residencia.
Condiciones isotérmicas.

9. 
Clasificación de los Reactores
Por Modo de Operación
•Estado Estacionario: La composición no cambia con el tiempo.
Reactor de flujo pistón (PFR): flujo uniforme, ideal para gases.
Reactor de tanque agitado continúo (CSTR): mezcla completa, ideal para líquidos.
Reactor de Lecho Fijo (FBR/PBR): Tubo empaquetado con catalizador, se modela como
PFR.
•Estado No Estacionario (Transitorio): La composición varia con el tiempo.
Reactor Bath o por lotes: operación discontinua , útil para estudios cinéticos.
Reactor de pulsos (TAP): analiza mecanismos rápidos con pequeñas dosis

10. 
Criteriospara evaluar problemas de transferencia.
Elobjetivodeestoscriteriosesasegurarquelasmedicionesdelavelocidaddereacción(-RA)reflejen
únicamentelacinéticaintrínseca(elfenómenoquímico),ynoseveandistorsionadasporlimitacionesfísicas
detransporte.
1.CriteriosaEscalaReactor (Lecho Empacado –PBR/PFR)
▪Objetivo:Garantizarqueelflujoseaproximealmodelodeflujopistón,contiemposderesidencia
uniformes.Lb/dp≥20/nB0In(1/1-x)
1.Criterio paranoconsiderarlosefectosasociadosalapareddelreactor
▪Objetivo: Minimizar el flujo preferencial cerca de las paredes del reactor que altera el perfil de
velocidades. dt/dp >10
1.Criterio para no preocuparse por la caída de presión en el lecho de catalizador (Ecuación de Ergun)
▪Objetivo: Asegurar que la perdida de presión a lo largo del lecho catalítico no sea significativa (<20% de
la presión total de operación)
∆??????&#3627408515;
??????&#3627408515;
< 0.2
∆??????&#3627408533;&#3627408528;&#3627408533;&#3627408514;&#3627408525;
??????&#3627408515;

11. 
Criterios para evaluar problemas de transferencia.
1.Criterio para ignorar el gradiente de temperatura radial dentro del reactor
▪Objetivo:Verificarquenoexistandiferenciasdetemperaturasignificativasentreel
centroylapareddelreactor. 2.5 b dp(1−b)Lb<0.05
1.Verificación experimental:
▪Transferencia de masa: Variar el tamaño de partícula del catalizador. Si la
conversión no cambia, no hay limitaciones internas.
▪Trasferenciadecalor:Variarelflujomanteniendolarelación W/FA0constante. Si
la conversión es similar, no hay problemas externos.

12. 
Criterios relacionados con el Pellet del catalizador
1.Criterio para no tomar en cuenta las limitaciones a la transferencia de masa entre partículas
(transferencia de masa externa)
▪Objetivo: Asegurar que el reactivo se transporte eficientemente desde el seno del fluido hasta
la superficie externa de la partícula.
Criterio(NumerodeCarberry):
&#3627408531;??????,&#3627408528;&#3627408515;&#3627408532;
&#3627408514;&#3627408524;&#3627408519;&#3627408490;&#3627409358;
<
&#3627409358;.&#3627409358;??????
&#3627408527;
1.Criterioparapresidir delaslimitaciones a la transferencia de masa intraarticular.
▪Objetivo:Garantizarqueelreactivose difunda fácilmente a través de los poros del catalizador
hasta los sitios activos internos. Un factor de efectividad n≈1indica que no hay limitaciones.
Criterio (Modulo de Wheeler-Weisz): ??????= n??????
&#3627409360;
=
&#3627408531;??????,&#3627408528;&#3627408515;&#3627408532;??????&#3627409360;
&#3627408491;&#3627408518;&#3627408519;&#3627408519;&#3627408490;&#3627408532;
(
&#3627408527;+&#3627409359;
&#3627409360;
)< 0.15
1.Criterio para despreciar las limitaciones a la trasferencia de calor entre partículas.
▪Objetivo: Evitar gradientes de temperatura significativos entre la superficie de la partícula y el
fluido que la rodea.
γβeCa= (&#3627408492;??????/????????????&#3627408515;) ∣(−ΔHr)kfCb/hTb∣×(rv,obs/kfCb)<0.05

13. 
Ejemplos Prácticos
▪Oxidación de CO sobre Au/ CeO2:
Se determinó que el CO 2 inhibe parcialmente la reacción por adsorción
competitiva .
▪Producción de biocrudo con micro algas :
Las ecuaciones de rapidez se aproximan como de primer orden, pero con alta
complejidad de productos

14. 
Conclusiones
▪Las expresiones cinéticas son herramientas matemáticas
esenciales.
▪La confiabilidad de los datos depende de eliminar efectos
de transferencia.
▪Los criterios propuestos garantizan que la rapidez de
reacción obtenida refleje la actividad intrínseca del
catalizador.

15. 
REFERENCIAS
▪Villarreal, A., & Cuevas-García, R. (2021). Obtención y análisis
de expresiones de cinética química. I. Obtención de datos
cinéticos y criterios para evitar los problemas de transferencia
de masa y energía utilizando catalizadores heterogéneos.
Mundo Nano: Revista Interdisciplinaria en Nanociencias y
Nanotecnología,14(26).
https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2021.26.69638