INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA

INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

QUIMICA

Una reacción química, cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes o "reactivos"), se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. Los reactantes pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro de forma natural, o una cinta de magnesio al colocarla en una llama se convierte en óxido de magnesio, como un ejemplo de reacción inducida.

Las reacciones químicas a nivel industrial (procesos unitarios) son las operaciones que tienen por objeto redistribuir los átomos de las especies reactivas para formar los productos de la reacción. Las transformaciones químicas clásicas incluyen todas las que involucran interacciones entre moléculas, aunque pueden extenderse a las provocadas por los catalizadores enzimáticos (bioquímicas), interacciones entre radiación y moléculas (fotoquímicas), y transferencias entre conductores electrónicos e iónicos (electroquímicas). Pueden distinguirse también los sistemas homogéneos y los heterogéneos (tales como los catalíticos, reacciones fluido-sólido y fluido-fluido). Las reacciones químicas son por lo general las etapas más significativas de los procesos, y las que deciden su viabilidad económica; la conjugación de los factores puramente económicos y los aspectos químicos y físicos del problema constituye la parte de la ingeniería más genuina del ingeniero químico, denominada diseño de reactores químicos. Así, la "Ingeniería de la Reacción Química" es la disciplina que, por si sola, hace que la Ingeniería Química tenga una entidad propia dentro de la Ingeniería; el estudio de la "operación unitaria química" tiene una importancia central en el curriculum del ingeniero químico pues constituye el corazón de todos los sistemas de proceso (no olvidemos que siempre estará presente en cualquier proceso químico-junto con las correspondientes etapas físicas que en su caso la acompañen-y que aunque el reactor sea un item menor en los costes de capital, su operación determina frecuente y decisivamente la carga, tamaño y configuración de los equipos y operaciones asociadas de preparación, acondicionamiento y separación). La Ingeniería de la Reacción Química es una disciplina valiosa para la optimización, sobre todo en combinación con los procesos de alta tecnología, aunque no necesariamente con los productos de alto valor añadido; la razón puede ser simple: en producir estos últimos, el cuello de botella está en la ciencia, los escalamientos son pequeños y la eficiencia no es crítica debido a los altos márgenes de beneficio. Aunque esta situación puede cambiar con la competitividad o ampliación de las producciones actuales, lo que es claro es que la ingeniería de la reacción química es una disciplina conectada especialmente con los procesos industriales más básicos. Otras tendencias son su orientación hacia los procesos y su ligazón más fuerte con la química y dinámica de fluidos, la producción flexible, reacción y separación combinadas, sistemas expertos, etc. Junto a los principios básicos, solo es posible enseñar normalmente algunos desarrollos bien elegidos y valiosos; aunque desde un punto de vista en que la ingeniería de la reacción química es una disciplina madura, más importante que un desarrollo mayor de los principios, resulta su aplicación a las nuevas tecnologías. El texto incluye una introducción a los reactores químicos (conceptos fundamentales y cinética química aplicada), y cuatro grandes temas que tratan del análisis de sus diferentes tipos y operaciones (reactores ideales, régimen no estacionario, reacciones múltiples, flujo no ideal y sistemas heterogéneos). Se suponen los conocimientos de cinética química básica, dedicados a la teoría y al cálculo cuantitativo de la reactividad química, esencial para el diseño, control y optimización de los reactores industriales.

La Ingeniería es considerada como el área del quehacer humano,

rnth de li obm ori@al: CHEMICAL REACTION ENGINEERING _ second edition Ediubn orighml en kwgw inglese publicedo por: John Wley and Sons, Inc., New York -opydght 0 by John WSey 0 Sons. Inc. Prvpie&d de: EDITORIAL REVERTÉ, S. A. Encarnación 86 OSO24 Barcelona Reservados todos los derechos. Ninguna parte del material cubierto por este título de propiedad literaria puede ser reproducida, almacenada en un sistema de informática o transmitida de cualquier forma o por cualquier medio electrtkico, mecánico, fotocopia, grabación u otros métodos sin el previo y expreso permiso por escrito del editor. Derechos reservados: 0 1986 Editorial Rever& S.A., Barcelona, Espafia. 0 1987 Ediciones Repla, S.A. General Francisco Murguía 7 66170 México, D.F. ISBN 968616503-7 ISBN 64291-73250 (Editorial Reverté, S.A.) Impreso en México Printed in Mexico

Quimica, 2019

Química es la ciencia que estudia las transformaciones que se producen en los materiales.se ocupa de estudiar la composición, propiedades y estructura de la materia y los cambios experimentados. Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Los componentes básicos de la materia son los átomos; se presentan en tres estados: sólidos, líquidos y gaseoso. Las sustancias formadas por átomos iguales se denominan "simple" y las sustancias formadas por distintos átomos se denominan "compuesta". La masa (se expresa como la relación entre la fuerza con que un cuerpo es atraído) y el peso (acción del campo gravitorio de la tierra y la aceleración de la gravedad). La masa representa la "cantidad de materia" de un sistema o un cuerpo. P=m.g M=p/g "la conservación de la masa o de la materia es una de las leyes fundamentales de la química" Energía: una forma de energía es el calor. Se define como una energía en tránsito o flujo de energía. Si está en movimiento "energía cinética" y la expresión que la presenta es: Ec=1/2mv 2 M=masa y V=velocidad Y si es con respecto a un nivel de referencia posee energía potencial gravitaría. Ep=m.g.h M=masa; G=gravedad y H=altura No puede ser creada ni destruida sino transformada en otra/s forma/s.

Barcelona, 1990 (revisado el 18 de octubre de 2007) PROLOGO Existen textos excelentes sobre química cuántica que abarcan desde el nivel introductorio, orientado al que se enfrenta por primera vez con la materia, hasta niveles avanzados adecuados para una puesta al día del investigador especializado. No obstante, resulta a veces difícil conectar las herramientas que se utilizan para desarrollar la química cuántica en dichos textos con los principios en los que se basa esta disciplina, tal como se enuncian en la mayor parte de los libros de mecánica cuántica orientados a estudiantes de física. Por ejemplo, el formalismo de matrices de densidad reducidas desarrollado, entre otros autores, por Löwdin y McWeeny está estrechamente emparentado con los operadores de densidad que se utilizan para describir estados mezcla en mecánica estadística cuántica, pero la forma en que suelen introducirse uno y otros no evidencia fácilmente la conexión que existe entre ellos. Esto puede conducir a interpretaciones erróneas, como ocurre con la incorrectamente denominada matriz de densidad de primer orden en una base no ortogonal de orbitales (véase §3.5). Por otra parte, la descripción de estados mezcla mediante operadores de densidad ha cobrado renovado interés como consecuencia de la revolución provocada en la resonancia magnética nuclear por las técnicas multi-impulsionales. En efecto, la explicación de muchas de estas técnicas exige la utilización de aquel formalismo, que no suele incluirse ni en los curricula de las licenciaturas en química ni en los textos de química cuántica de nivel de post-grado. Las consideraciones anteriores nos han llevado a alaborar estos apuntes de introducción a aquella disciplina en los que se incide especialmente en la conexión de las herramientas que necesita el químico cuántico con los principios en los que se fundamenta la mecánica cuántica. Muchos usuarios de la química cuántica opinarán que no se precisa un entendimiento detallado * Este texto está sujeto a una licencia de Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual (by-nc-sa) Creative Commons. Para más información véase http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ i

A mi compañera de vida amante de las cosas simples que embellecen nuestro paso por el mundo, por la comprensión y apoyo brindado durante estos años (largos) de academia. Eleonora A mis dos luceros, los cuales guían mi camino y mi destino, las amaré por siempre. Manuela Y Raquel 5 AGRADECIMIENTOS A los maestros que nos acompañaron por nuestro camino formativo en la docencia, por su ejemplo y apoyo incondicional:

Nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O. Los antiguos filósofos consideraban el agua como un elemento básico que representaba a todas las sustancias líquidas. Los científicos no descartaron esta idea hasta la última mitad del siglo XVIII. En 1781 el químico británico Henry Cavendish sintetizó agua detonando una mezcla de hidrógeno y aire. Sin embargo, los resultados de este experimento no fueron interpretados claramente hasta dos años más tarde, cuando el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier propuso que el agua no era un elemento sino un compuesto de oxígeno e hidrógeno. En un documento científico presentado en 1804, el químico francés Joseph Louis Gay-Lussac y el naturalista alemán Alexander von Humboldt demostraron conjuntamente que el agua consistía en dos volúmenes de hidrógeno y uno de oxígeno, tal como se expresa en la fórmula actual H2O.