1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS CINETICA QUIMICA Y CATALISIS SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE REACCION INTEGRANTES: CARRASCO PACHECO ROSA MARIA GUTIERREZ VAZQUEZ KRYSTAL MARCOS RAMIREZ TONANTZIN
2 Sistema de reacción El sistema de reacción está conformado por un reactor en el que se modifican las concentraciones de los compuestos mediante reacciones químicas que ocurren dentro del mismo. Las variables del sistema determinan los valores de concentración de reactantes y productos, la definición de ellas, determina la sección del sistema de reacción. Por ello en necesario identificar los efectos de cada una de modo que se obtengan criterios que permitan definir un diseño integrado.
3 Fronteras naturales de una reacción químicaUna reacción procederá hasta un punto en que se maximice su entropía o minimice su energía libre, lo cual sucede cuando el sistema llega a una concentración dada de sus componentes. La constante de equilibrio químico determina cuantitativamente las concentraciones que satisfacen esas condiciones. Fronteras naturales de una reacción química Si una reacción ocurre espontáneamente en la naturaleza, esta va acompañada de una disminución en su energía libre hasta un punto óptimo, al punto en que logra un valor máximo de entropía del sistema, a esto se le conoce como punto de equilibrio de la reacción. Para toda reacción a ciertas condiciones de proceso fijas existe un punto de equilibrio químico que no puede rebasarse, ya que es la frontera que le impone la naturaleza.
4 Variables de proceso Tipo de reactor Concentración Temperatura PresiónEl efecto de las variables de proceso en el equilibrio químico Se logra aplicando el principio de Le Chatelier para modificar el estado de equilibrio de un sistema. Un sistema que efectúa una reacción química simple, se podrá presidir cuantitativamente el efecto de las variables de proceso en la reacción. Temperatura Tipo de reactor Concentración Presión Fase Catalizador El equilibrio se desplazará en la dirección que permite la absorción de calor, y viceversa Tiene efecto solo para reacciones con cambios en el volumen final, si el número de moles totales de productos en fase gas es mayor al número total de moles de reactantes, también en fase gas. Variables de proceso Al introducir un gas inerte en una mezcla reaccionante se tiene siempre un efecto de dilución de todos los componentes que intervienen en la reacción, por lo disminuye su concentración. La presencia de una sustancia en la mezcla inicial inhibe o disminuye su formación en la reacción.
5 Criterios para determinar el comportamiento de reactoresSe miden en función del material convirtiendo a los diversos productos posibles, para ello empleamos: Conversión: 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜 Selectividad: 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑠𝑖 𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑒 Rendimiento: 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑠𝑖 𝑠𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 Criterios para determinar el comportamiento de reactores
6 Tipos de reactores Reacciones simplesLa mayoría de las reacciones químicas producen subproductos, en algunos casos su concentración puede despreciarse, por lo que se tendrá un sistema simpe con los siguientes casos posibles. Reacciones múltiples en paralelo con subproductos Reacciones múltiples en serie con subproductos Reacciones de polimerización Un componente se “aglutina” químicamente dando lugar a otro mayor peso molecular
7 Reacciones múltiples en paralelo con subproductoTipos de reactores Reactores simples En reacciones simples, en las que no hay formación de subproductos el objetivo es lograr un mínimo costo de inversión del reactor. Aunque una alta conversión incrementa el tamaño del reactor (situación adversa), otros equipos corriente abajo disminuyen su tamaño (efecto favorable) por lo que la conversión generalmente se fija en un 95% para reacciones controladas por el equilibrio químico. Reacciones múltiples en paralelo con subproducto En un sistema reaccionante, por lo general el costo mayor lo representan las materias primas (reactantes), siendo su objetivo minimizar la formación de subproductos. La selección de las condiciones debe impactar tanto en la cinética como en el equilibrio de las reacciones. Reacciones múltiples en serie con subproductos Un componente se “aglutina” químicamente dando lugar a otro mayor peso molecular
8 Bomba de tornillo Es considerada de desplazamiento positivo utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa.
9 GENERALIDADES La línea de suministro está conectada en el centro de la cubierta de la bomba en algunas bombas Cuando los tornillos giran, el líquido fluye entre los filetes de la rosca en cada extremo del conjunto. Están disponibles en variados diseños; sin embargo, todas funcionan de una manera similar El rotor motriz es el único elemento impulsor, que se extiende fuera de la cubierta de la bomba para las conexiones de potencia a un motor eléctrico.
10 Actividad que realiza Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de sólidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como desplaza el líquido, este no sufre movimientos bruscos. El líquido es transportado por medio de un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa (estator). El núcleo inserto de la bomba es de fácil recambio. El accionamiento de los tornillos conducidos se realiza hidráulicamente.
11 capacidad de volumen fijoBombas de tornillo con capacidad de volumen fijo 1. Conexión para accesorios. 2. Estator. 3. Pernos de construcción sólida. 4. Dos puertos de limpieza. 5. Brida de la carcaza de succión. 6. Eje sólido del impulsor. 7. Rodamientos de bolas. 8. Brida de descarga. 9. Rotor. 10. Carcaza de succión. 11. Tapones de desagüe. 12. Barra de conexión. 13. Eje impulsor. 14. Sello del eje.
12 Bombas de tornillo con capacidad variableUn pistón regulador de la capacidad (1) con movimiento horizontal acciona a la válvula deslizante (2). Esta modifica el tamaño del orificio de escape (3), regulando así la capacidad de volumen de transporte. 1. Pistón regulador de la capacidad. 2. Válvula deslizante. 3. Orificio de escape. 4. Salida de la bomba de tornillo. 5. Tornillo. 6. Entrada a la bomba de tornillo.
13 Bombas de doble tornilloEl perfil de los tornillos es tal que el conducido se descarga completamente, accionado por el conductor que es el que realiza el trabajo de desplazamiento, actuando éste, al mismo tiempo, como rotor y como desplazador. El tornillo conducido desempeña la misión de separar las cavidades de admisión e impulsión, pero sin desalojar al líquido.
14 Bombas de triple tornilloEstas bombas necesitan que los tornillos tengan un perfil cicloidal. En una bomba helicoidal de tres tornillos, el central es el conductor y los dos laterales los conducidos. Las cámaras de trabajo vienen limitadas entre los filetes de los tres tornillos y las superficies internas del estator. Bombas de triple tornillo
15 PRINCIPIO DE OPERACIÓNEl líquido bombeado entre los filetes de rosca helicoidales del rotor motriz y los rotores locos proporciona una película protectora para prevenir el contacto metal con metal. Mientras que los rotores dan vuelta, estos espacios se mueven axialmente, proporcionando un flujo continuo. El funcionamiento eficaz se basa en los factores siguientes: La acción de giro obtenida con el diseño de filetes de rosca de los rotores es responsable de la estabilidad misma de operación de la bomba. La carga simétrica de presión alrededor del rotor motriz elimina la necesidad de cojinetes radiales porque no hay cargas radiales. El cojinete de bolas tipo cartucho en la bomba posiciona al rotor motriz para la operación apropiada de sellado. Las cargas axiales en los rotores creados por la presión de descarga son hidráulicamente equilibradas.
16 Bombas fristam Esta versátil bomba de trabajo pesado es la piedra angular de la línea de productos Fristam. Para la extracción de vacío en evaporadores, productos viscosos, calientes o abrasivos, y muchas aplicaciones más, la serie FP de Fristam es la base de referencia para la industria de procesamiento sanitario.
17 Aplicaciones Es una bomba altamente eficiente para el manejo de líneas de producto, recibo y carga, bombeo a llenadoras, separadores, homogeneizadores, intercambiadores de calor, evaporadores y una gran variedad de equipos. Maneja líquidos con viscosidades de hasta 1200cps, desde productos ligeros como agua purificada o jugos hasta líquidos un poco más pesados como pulpa de frutas o jarabes.
18 Ventajas El sólido diseño, el maquinado de precisión y la robusta construcción de las bombas Fristam aseguran eficiencia y confiabilidad operativa Alta eficiencia Bajo mantenimiento Manejo delicado de los productos Bajo requisitos de presión neta positiva de succión Larga vida útil de los sellos
19 Caracteristicas Alta resistencia La estructura, la tapa y el impulsor de la bomba FPR están hechos con acero inoxidable 316L fundido y forjado, a fin de obtener mayor masa. Gracias a su sólida construcción, la bomba FPR es más resistente al impacto hidráulico y a la cavitación que pueden arruinar una bomba. Sello interno El exclusivo sello interno, utiliza el enfriamiento y la lubricación del producto para brindar una mayor vida útil del sello. Espacios internos cerrados Los espacio internos de la bomba son muy pequeños, de hasta tan sólo 0.5 mm, por lo cual las bombas tienen alta eficiencia y manejan el producto con delicadeza. Impulsor optimizado El diseño de “ángulo de aspa optimizado” de los impulsores FPR logra la máxima eficiencia y permite bajos requisitos de presión neta positiva de succión. La bomba FPR funciona de manera uniforme y silenciosa.
20 BOMBA DE PISTON Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores 2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%.
21 PARTES DE LA BOMBA Cilindro o barril Zapatas de piston y pistonesPlato de inclinación o basculante Plato fijo Cojinete de fuerza axial Placa con puertos de trabajo succión y descarga
22 Clasificación Bombas de pistón radialLos pistones se deslizan radialmente dentro del cuerpo de la bomba que gira alrededor de una flecha
23 Clasificación Bombas de pistón axialLos pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora. Bombas de pistón de barril angular (Vickers) Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble.
24 Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. La falta de lubricación causará desgaste.
25 Principales características de las bombas de pistónBombeo de productos articulados y productos sensibles. Diseño higiénico. Temperatura de trabajo: 120º C o más según el diseño. Trabajo en vacío.
26 Aplicaciones y uso de las bombas de pistónIndustria de proteínas Farmacia Higiene personal Medio ambiente
27 Temperatura Tipo de reactor Concentración Presión Fase Catalizador El equilibrio se desplazará en la dirección que permite la absorción de calor, y viceversa Tiene efecto solo para reacciones con cambios en el volumen final, si el número de moles totales de productos en fase gas es mayor al número total de moles de reactantes, también en fase gas.