Qüestions
1. Identifiqueu diferents tipus de reaccions que poden tenir lloc en un habitatge. Assenyaleu els reactius.
2. Seleccioneu la resposta correcta. Què succeeix durant una reacció de descomposició?
a) Es combinen dues molècules per a donar-ne una altra.
b) Només canvia la configuració de les espècies moleculars.
c) Una molècula es trenca en molècules més xicotetes.
d) Una molècula es corromp.
3. Quin dels noms següents és un exemple de reacció química?
a) Absorció
b) Addició
c) Sostracció
d) Concentració
4. Quin dels successos següents indica que ha tingut lloc una reacció química?
a) Canvia la temperatura.
b) El teu cor batega més ràpid.
c) Alguna molècula ha perdut la seua identitat.
d) Canvia el volum total.
5. Com perd una espècie química la seua identitat?
a) Canvi destat
b) Dilució
c) Reacció química
d) Amnèsia
6. Lenginyeria química difereix de les altres enginyeries en lèmfasi que es fa en el seu coneixement sobre:
a) Operació i manteniment de plantes.
b) Cinètica química i disseny de reactors.
c) Termodinàmica i mecànica de fluids.
d) Història de lart i filosofia.
7. Classifiqueu el reactor de la figura 1.1 com a continu o discontinu.
8. Què succeiria en el reactor de la figura 1.2 si els tres llits de catalitzador estigueren formant un únic llit? Compareu els efectes de cada un dels llits i les seues grandàries respectives.
9. a) Assenyaleu aquells aspectes de la figura 1.2 que us indiquen que es tracta duna reacció exotèrmica.
b) Assenyaleu aquells aspectes de la figura 1.2 que us indiquen que es tracta duna reacció exotèrmica reversible.
10. Assenyaleu els aspectes més importants que al vostre parer caldria tenir en compte en el disseny del reactor de la figura 1.2.
11. Esmenteu un sistema en què hi haja una o diverses reaccions químiques. Identifiqueu reactius i productes. Escriviu el/els esquema/es de reacció/ons si els coneixeu. Assenyaleu les fases presents i indiqueu si la reacció té lloc en totes o en alguna daquestes.
Lectures dampliació
ARAKAWA, S. T. i altres (1998): «Increase productivity with novel reactor design», Hydrocarbon Processing, March, pp. 93-100.
BLUMENBERG, B. (1992): «Chemical Reaction Enginnering in todays industrial enviroment», Chemical Engineering Science, 47 (9-11), pp. 2149-2162. Planteja perspectives en el desenvolupament de lenginyeria química.
DORAISWAMY, L. K. (1992): «Chemical Reaction Engineering. A story of continuing fascination», Chemical Engineering Education, 26 (4), pp. 184-189. Apunta una sèrie de possibles extensions del camp de lenginyeria dels reactors químics (ERQ).
FAN, L. S. i altres (1994): «The potential of Reaction Engineering», Chemical Engineering Progress, 90 (4), pp. 55-64. Fan previsions dels futurs desenvolupaments del camp daplicació de lERQ.
FOGLER, H. S. (1993): «An appetizing structure of Chemical Reaction Engineering for undergraduates», Chemical Engineering Education, 27 (2), pp. 110-116. Proposa una reflexió sobre lensenyament de lERQ amb la utilització de programes que faciliten la solució de sistemes dequacions diferencials, com ara el POLYMATH.
LEVENSPIEL, O. (1988): «Chemical Engineerings grand adventure», Chemical Engineering Science, 43 (7), pp. 1427-1435. Fa una reflexió sobre el desenvolupament de processos.
ONDREY, G. i altres (1996): «Reactors for the 21st century», Chemical Engineering, 103 (6), pp. 39-45. Noves maneres de dissenyar els nous reactors químics (multifuncionals, de membrana, etc.).
SHALABI, M. i altres (1996): «Current trends in Chemical Reaction Engineering Education», Chemical Engineering Education, 30 (2), pp. 146-149. Fan una revisió del contingut i dels materials emprats per diferents departaments per a lensenyament de lERQ.
2. Fenomenologia de les reaccions químiques
2.1 Introducció
Amb aquest capítol es pretén recordar una sèrie de conceptes, adquirits en altres àrees de la química i de lenginyeria química, que conformen la base sobre la qual sha dalçar el desenvolupament de lenginyeria dels reactors químics. Així, en primer lloc, es recordaran algunes idees de lestequiometria de les reaccions, per a representar els canvis de composició duna forma condensada. A continuació, es revisaran molt breument alguns conceptes de lequilibri químic i de la cinètica química. Amb tot això se situarà el mapa, i les característiques de lespai, en què es desenvoluparan les reaccions. Finalment, es recordaran les expressions dels balanços de propietat en un sistema amb reaccions químiques, i sadaptaran als reactors ideals.
2.2 Estequiometria
Lestequiometria estudia les proporcions en què reaccionen les espècies químiques. En lestudi dels reactors químics aquestes relacions apareixen com a limitacions als canvis de composició que poden tenir lloc. També poden ser considerades des dun altre punt de vista equivalent, ja que constitueixen laplicació de lequació de conservació de la quantitat de cada espècie atòmica.
2.2.1 Esquema de reacció
Un esquema de reacció és lequació que descriu la seua estequiometria, no necessàriament el seu mecanisme. La forma general de representar-la és
on S és el nombre despècies del sistema, Aj representa lespècie j i vj és el seu coeficient estequiomètric. Si hi ha diverses reaccions la seua representació serà
on R és el nombre de reaccions i vij és el coeficient estequiomètric de Fespècie Aj en lesquema de reacció i.
Interessa treballar amb el menor nombre possible dequacions, i per tant amb el menor nombre de reaccions. Hi ha procediments per a, coneguts els esquemes de reacció, determinar si hi ha entre ells alguna combinació lineal, per a eliminar-la i daquesta manera reduir la dimensió del problema. Així mateix, en la bibliografia hi ha altres procediments per a trobar un conjunt desquemes de reacció linealment independents, capagos dexplicar els canvis estequiomètrics que tenen lloc en el sistema. Aquesta opció és interessant en el cas que no es coneguen les reaccions que tenen lloc.