UCM _ Grado en Ingeniería Química _ Ingeniería Reacción Química _UCM__ Temas 6 a 11_ _ TEMA 6 IR

Esta es una vista previa del archivo. Inicie sesión para ver el archivo original

1 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
CONTENIDO 
 Reacciones múltiples 
 Diferencias con las reacciones simples 
 Rendimiento y selectividad 
 Información necesaria para transferir datos 
 Metodología 
 Esquemas básicos: serie, paralelo, independientes 
 Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
 Determinación de componentes clave y su relación con los no clave 
 Relación entre velocidades de producción y velocidades de reacción 
 Agrupamiento de especies: lumping 
 Simulación de reactores para reacciones múltiples 
 Balances de materia 
 Balances de energía 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
DIFERENCIAS ENTRE REACCIONES SIMPLES Y MÚLTIPLES 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
-Una sola ecuación estequiométrica 
 
- La velocidad de producción se relaciona 
con la velocidad de reacción mediante el 
coeficiente estequiométrico 
 
- Análisis: sólo hay un componente 
clave 
 
- Simulación reactor: sólo un balance 
de materia 
 
 
 
-Varias ecuaciones estequiométricas: se 
debe conocer más de un componente para 
definir el sistema: Componentes clave 
- La velocidad de producción se relaciona 
con mas de una reacción 
 
- Análisis: Relación de los no clave con los 
clave 
- Simulación Reactor: Más de 1 BM 
sSrRbBaA 
rR jj 
dt
dN
FdVRF
j
j
V
jj  0
componentejreaccioni
Ageneral
MmNnBbAar
SsRrBbAar
N
j
jji






0
1
22222
11111

A
A
j
j RR



R.S R.M 
iji
R
i
j rR 


1
2 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
DIFERENCIAS ENTRE REACCIONES SIMPLES Y MÚLTIPLES 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
OBJETIVO EN REACCIONES SIMPLES: 
 Minimizar el tamaño para conseguir un cambio de composición 
(seleccionar las variables, T, reactor, Cj0,) 
OBJETIVO EN REACCIONES MÚLTIPLES: 
 Minimizar el tamaño para conseguir un cambio de composición 
(seleccionar las variables, T, reactor, Cj0,) INVERSIÓN 
 Optimizar la distribución de productos: hacer máximo el 
rendimiento del producto buscado CONSUMO DE REACTIVO, 
SEPARACIÓN 
 Si las condiciones que minimizan el tamaño no hacen máximo el 
rendimiento, ¿Cuál prevalece? 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
DIFERENCIAS ENTRE REACCIONES SIMPLES Y MÚLTIPLES 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
INFORMACIÓN NECESARIA PARA SIMULAR EL REACTOR CON 
REACCIONES SIMPLES: 
 Estequiometría, ecuación cinética, datos termodinámicos, características y 
parámetros del reactor, (TAMAÑO) 
INFORMACIÓN NECESARIA PARA SIMULAR EL REACTOR CON 
REACCIONES MÚLTIPLES: 
 Estequiometría, ECUACIONES CINÉTICAS, datos termodinámicos, 
características y parámetros del reactor, (TAMAÑO y RENDIMIENTO) 
Velocidad/es de producción del reactivo/s clave/s (ecuaciones cinéticas 
de las reacciones en que intervienen) (TAMAÑO) 
 Distribución de productos con el/los reactivos clave (RENDIMIENTO) 
3 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
CLASIFICACION REACCIONES MULTIPLES 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
REACCIONES EN PARALELO: el/los REACTIVOS GENERAN VARIOS 
PRODUCTOS EN REACCIONES INDEPENDIENTES. 
 
 
 
REACCIONES EN SERIE. EL PRODUCTO DE UN REACTIVO ES 
REACTIVO DE OTROS PRODUCTOS 
 
 
REACCIONES EN SERIE-PARALELO. 
 
SA
RA


2
1
SRA  21
SRB
RBA


2
1
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
DEFINICIÓN DE RENDIMIENTO de A al producto P 
El reactivo A genera P directamente o través de un compuesto 
intermedio. 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
0A
P
A
p
N
pN /

0
0
A
AA
A
N
NN
XDR

..
1

A
P
A
P R
p
R
'
Rendimiento global de la operación 
Rendimiento global relativo RENDIMIENTO 
Rendimiento diferencial 
A
A
P
AAo
P
A
P
XXN
pN 

/
0
0
A
AA
A
F
FF
XCR

..
pPA .....
En RC. Fj en lugar de Nj 
Tiene sentido hablar de 
rendimiento en 
reacciones simples? 
4 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
DETERMINACIÓN DEL RENDIMIENTO GLOBAL A PARTIR DEL 
RENDIMIENTO DIFERENCIAL en RD y RC (V, Q=cte) 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
A
P
A
P
R
R

'
dt
dC
RRD
j
j : QV
CC
RCSTR
jj
j
0
:
)(
:
QVd
dC
RFP
j
j 
AA
P
A
P
CC
pC


0
/
AA
P
A
P
CC
C


0 A
P
A
P
dC
dC
'
A
C
C
AP
AAAA
P
A
P dC
CCCC
C A
A




0
00
1 '
1pSi
Y si es un reactor SC? 
Y si Q no es cte? 
En que reactores 
valen y en cual no? 
Como serían en ese 
reactor 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
DEFINICIÓN DE SELECTIVIDAD 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
22
2
11
1
PpA
PpA


2
2
1
1
12
p
N
p
N
S
P
P
Selectividad global 
Selectividad diferencial 
Utilidad: establecer valores de las variables de operación que optimizan la 
selectividad 
2
2
1
1
12
p
R
p
R
S
P
P
'
En RC. Fj en lugar de Nj 
5 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
SA
RA


2
1
Número de componentes clave: 2 
Relacones estequiométricas: 
 
 
 
 
 
Componentes clave 2: A y R; A y S; R y S 
A
A
Ckr
Ckr
22
11


2
22
2
11
A
A
Ckr
Ckr


A
A
Ckr
Ckr
22
2
11


2
1
21
rR
rR
rrR
S
R
A



Ej 
SRA RRR 
SRA dNdNdN 
SRA dFdFdF 
)()( SoSRoRAoA FFFFFF 
)()( SoSRoRAoA NNNNNN 
)()( SoSRoRAoA FFFFFF 
alumnos 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
SA
RA


2
1
A
A
Ckr
Ckr
22
11


AS
AR
AAA
CkR
CkR
CkCkR
2
1
21



A
S
A
R
AA
A
Ck
d
dC
Ck
d
dC
CkCk
d
dC
2
1
21















t
tkk
AS
t
tkk
AR
tkk
AA
A
A
deCkC
deCkC
eCC
kk
C
C
Ln
0
02
0
01
0
21
0
21
21
21



)(
)(
)(
)(
 
 

)(
)(
21
21
1
1
0
21
2
0
21
1
kk
AS
kk
AR
eC
kk
k
C
eC
kk
k
C








= tiempo o V/Q 
Si V (RD) o Q (FP) cte 
Y si es un CSTR? 
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
t ó  
 CA
 CR
 CS
n1=1 n2=1
n1=1 n2=1 
Y si CRo o Cso no son 
0? 
n1=1 n2=1 
6 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
RENDIMIENTOS y SELECTIVIDADES 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
21
1
21
1
0
0
0 kk
k
kk
k
CC
CC
CC
C
AA
AA
AA
R
A
R







21
1'
1
1
kk
k
dC
dC
R
R
A
R
A
R
A
R




SA
RA


2
1
AR
AAA
CkR
CkCkR
1
21







A
A
C
C
AAR
AAAA
R
A
R dC
CCCC
C
0
'
00
1

A
A
R
A
R X
kk
k
C
C
21
1
0 

A
A
P
A
P X
2
1'
12
k
k
R
R
s
R
r
R
S
S
R
S
R

2
1
12
k
k
C
C
S
S
R 
)(
1
02
01
2
1 12
EE
RTe
k
k
k
k 

¿Varía la 
selectivid
ad con 
CAo? 
¿Cómo 
influye la 
T en S ? 
¿Varía la 
selectivida
d con t o  
? 
n1=1 n2=1 
¿Qué 
cambiaría 
si n1=n21 
¿CSTR? 
n1=1 n2=1 
 n1=n2=1 
AAR X
kk
k
21
1
/


XA 
21
1
// ',
kk
k
ARAR


2
1
// ',
k
k
SS ARAR 
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
7 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
SA
RA


2
1
A
A
Ckr
Ckr
22
2
11


AS
AR
AAA
CkR
CkR
CkCkR
2
2
1
2
2
1



A
S
A
R
AA
A
Ck
d
dC
Ck
d
dC
CkCk
d
dC
2
2
1
2
2
1








dCkdC
dCkdC
A
tC
S
A
tC
R
S
R




0
2
0
2
0
1
0
dCkCkdC AA
tC
C
A
A
A
)( 2
2
0
1
0
 




012
12
2
0
2
11
A
A
A
A
Ckk
Ckk
Ln
kC
C
Ln
k
 2)( ctbtatfCA
RD, FP (V, Q, ctes) =t, V/Q 
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
tiempo
 CA
 CR
 CS
n1=2 n2=1
n1=2 n2=1 









21
21
1
2
//
)1(
ln
1
kCk
kXCk
k
k
C
XX
Ao
AAo
Ao
AAARAR
)('
21
1
2
2
1
2
1
/ A
A
A
AA
A
AR Cf
kCk
Ck
CkCk
Ck




 Depende de 
CA porque 
n1n2 










 
21
21
1
2
/
0 21
1
0
//
)1(
ln
11
1
'
1
kCk
kXCk
k
k
C
X
X
dX
kCk
Ck
X
dX
X
Ao
AAo
Ao
A
A
AR
X
A
A
A
A
X
AAR
A
AR
AA
Dependen de 
CAo porque 
n1n2 
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
n1=2 n2=1 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 











21
21
1
2
//
)1(
ln
1
kXCk
kCk
k
k
C
X
C
CCC
C
C
AAo
Ao
Ao
ARA
Ao
RAAo
Ao
S
AS
8 
)(
)1(
'
2
1
2
1
2
2
1
/ A
AAoA
A
A
SR Cf
k
XCk
k
Ck
Ck
Ck
S 


Depende de 
CA porque 
n1n2 





















21
21
1
2
21
21
1
2
/
/
/
)1(
ln
1
)1(
ln
1
kXCk
kCk
k
k
C
kCk
kXCk
k
k
C
X
C
C
S
AAo
Ao
Ao
Ao
AAo
Ao
A
AS
AR
S
R
SR Dependen de 
CAo porque 
n1n2 
1
)1(
1
ln
1
1
)1(
ln
1
21
212
1
/ 



















KX
KK
X
kXCk
kCkk
k
CXS
A
A
AAo
Ao
AoASR
AoCk
k
K
1
2
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
n1=2 n2=1 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
max/ )(
0
AR
AX


0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
2
4
6
8
10
S
R/S
X
A
 K=1
 K=0.5
 K=0.1
1
)1(
1
ln
1
/ 



KX
KK
X
S
A
A
SR
1
1
ln
11
1 / 

K
KK
SX SRA
REACCIONES EN PARALELO 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
n1=2 n2=1 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 









21
21
1
2
/
)1(
ln
11
kCk
kXCk
k
k
C
X
X Ao
AAo
Ao
A
A
AR
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
1
K=1

R
/A
X
A
n1=2 n2=1
K CAo 
Como influye 
CAo 
Como influye 
T? 
Si el producto 
deseado es R. ¿Hay 
que trabajar a alta 
o baja CA? 
¿ Es mejor CSTR o 
FP? 
9 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
R
A
Ckr
Ckr
22
11


2
22
2
11
R
A
Ckr
Ckr


R
A
Ckr
Ckr
22
2
11


REACCIONES EN SERIE 
SRA 21
22
11
kr
kr


Número de componentes clave: 2 
Relaciones estequiométricas: (matriz reacciones-especies) 
 
 
 
 
 
 
2
21
1
rR
rrR
rR
S
R
A



ARr 1
RAR RRRrr  12
Ej A y R claves S no clave 
RAS RRrR  2
¿Relaciones entre cambio de moles (RD), 
cambio de caudal molar (RC)? 
¿Influye la cinética 
en estas relaciones? 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
REACCIONES EN SERIE 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
SRA 21
1
0
k
AA eCC

21
21 )(
kk
kkLn
M


RMAR CkCkenR 210 max
Mk
AARM eC
k
k
C
k
k
C 10
2
1
2
1 
21
1
2121
21
1 )(
0
2
1
)(
0
2
1 kk
k
kkLn
A
kk
kkLn
k
ARM eC
k
k
eC
k
k
C 

 

12
2
2
1
0
kk
k
A
RM
k
k
C
C 







R
A
Ckr
Ckr
22
11


Si CRo≠0? 
Si es un CSTR? 
Si es otra cinética? 
Si es una reacción reversible? 
Si V o Q no son constantes? 
  )1(max
1
2 K
K
Ao
R K
C
C
k
k
K 
RC S
C
    tktk
kk
Ck
C AoR 21
12
1 expexp 


Demostración siguiente transparencia 
00 21 21 
 MM kkR ekek
d
dC 

10 
Factor de Integración: 
)exp()exp( tkItkCkCk
dt
dC
AoR
R
2112 

 










Iy)yIdx)x(fIdy(
Idx)x(gy)x(f
dx
dy
Idx
dx)x(fexpI)x(gy)x(f
dx
dy
    tktk
kk
Ck
C AoR 21
12
1 expexp 


Caso especial k1=k2=k 
 tktCkC AoR  exp
REACCIONES EN SERIE 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
R
A
Ckr
Ckr
22
11


 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
SRA 21
       10 12
12
1
012
12
1
2 





tkk
kk
Ck
tkk
kk
Ck
Ctk Ao
t
t
Ao
R expexp)exp(
  dttkCktkIC Ao
t
t
IC
ICR
tR
tR
)exp()exp(
)(
)( 11
0
20
 


    
21
2
1
2
max
21
21
max
21
12
1
)/ln(
0
expexp
kk
k
AoR
R
Ao
R
k
k
CC
kk
kk
t
dt
dC
tktk
kk
Ck
C













  )1(max
1
2 K
K
Ao
R K
C
C
k
k
K 
Caso especial k1=k2=k 
e
C
C
k
t AoR  maxmax
1
0 5 10 15 20
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
R
 m
a
x
/C
A
o
K=k
2
/k
1
Si K CR max/CAo 
REACCIONES EN SERIE 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
R
A
Ckr
Ckr
22
11


 
Modifica la Tª en máximo valor de R? 
¿ Como? 
Influye CA en este máximo? 
 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
¿en que casos 
se puede aplicar 
esta ecuación? 
11 
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
C
tiempo
 CA
 CR
 CS
n1=1 n2=1
-2 0 2 4 6 8 101214161820222426
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
R
tiempo
 - R
A
 R
R
 R
S
n1=1 n2=1
0 4 8 12 16 20 24
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
tiempo
 
R/A
 
R/A
n1=1 n2=1
Ejemplo 
CAo=1 
k1=0.5 
k2=0.25 
REACCIONES EN SERIE 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
EJERCICIO: 
COMPARACION REACCIONES EN SERIE REACTOR CSTR-FP 
SRA 21
R
A
Ckr
Ckr
22
11


    tktk
kk
k
21
12
1 expexp 


    tktk
kk
Ck
C AoR 21
12
1 expexp 


1
0
k
AA eCC

Número de componentes clave: 2 
Relaciones estequiométricas: (matriz reacciones-especies) 
 
 
 
 
 
 
2
21
1
rR
rrR
rR
S
R
A



ARr 1
RAR RRRrr  12
Ej A y R claves S no clave 
RAS RRrR  2
FP 
0)()( SRoRAAoS CCCCCC 
0RoC
Mk
AARM eC
k
k
C
k
k
C 10
2
1
2
1 
12 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
EJERCICIO: 
COMPARACION REACCIONES EN SERIE REACTOR CSTR-FP 
SRA 21
R
A
Ckr
Ckr
22
11


0
)/(
)( 
QVd
dC
Q
V R
M
)1)(1(
1
21
1
2
1
1 Q
VkQ
Vk
Q
Vk
C
C
Ck
Q
Vk
C
k
C
Q
V
Ao
R
R
Ao
R





Q
Vk
C
C
Ck
CC
R
CC
Q
V A
A
A
AA
A
AA
1
0
1
00
1






CSTR (Q CTE) 
M
A
RMARMRRM
Q
V
k
k
k
Ck
CC
k
k
CRC
)(
0
2
1
2
01
max
2
1


INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Ejemplo 
CAo=1 
k1=0.5 
k2=0.25 
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
0 5 10 15 20 25 30
COMPARACION SERIE: CSTR-FP 
CA FP CR FP CS FP CA CSTR CR CSTR CS CSTR
R
A
Ckr
Ckr
22
11


 
Que reactor es más 
conveniente si se busca el 
máximo rendimiento a R? 
 
13 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0 5 10 15 20 25 30

 R
/A
 
V/Q 
FP 
Rend G Cao 1
Rend G Cao2
k1=0.5 
k2=0.25 
n1=n2=1 
 
SRA 21
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0 5 10 15 20 25 30

R
/A
 
V/Q 
FP 
Rend G Cao 1
Rend G Cao2
k1=0.5 
k2=0.25 
n1=2 n2=1 
 
Ejemplo 
k1=0.5 
k2=0.25 
SRA 21
14 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0 5 10 15 20 25 30
 
 R
/A
 
V/Q 
FP 
Rend G Cao 1
Rend G Cao2
k1=0.5 
k2=0.25 
n1=1 n2=2 
 
Ejemplo 
k1=0.5 
k2=0.25
SRA 21
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

 R
/A
 
V/Q 
A->R ->S 
F R/A FP CAO=2
F R/A CSTR CAO=2
F R/A FP CAO=1
F R/A CSTR CAO=1
n1=1 n2=2 
Ejemplo 
k1=0.5 
k2=0.25 
SRA 21
15 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Si se busca el máximo rendimiento relativo a R y la reacción es en paralelo 
(reactor isotermo) 
Si n1=n2 ¿es mejor CSTR o FP? 
Si n1>n2 ¿es mejor CSTR o FP? 
Si n1<n2 es mejor CSTR o FP? 
Si se elige CSTR, ¿Cuál es 
el inconveniente? 
Y si hay dos reactivos A y B? 
(Levenspiel, Fogler) 
Figuras 4.2 y 4.3 
Metcalfe 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Y si hay dos reactivos A y B en reacciones en 
pararelo? (Levenspiel, Fogler) 
16 
INGENIERIA DE LA REACCION QUIMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Y si hay dos reactivos A y B en reacciones en 
pararelo? (Levenspiel, Fogler) 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
Reacciones independientes 
Reacciones serie/paralelo 
17 
 
INGENIERÍA DE LA REACCION QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Conocidas las especies químicas: 
Etapas: 
1- Determinar los componentes clave: matriz elementos-especies 
2.- Formulación del esquema de reacción: Reacciones de filiación que se obtienen 
por consideraciones químicas y/o análisis bibliográfico, estudios complementarios… 
3- Determinación de los parámetros cinéticos 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
Si no se conoce el esquema de reacción. 
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
 
INGENIERÍA DE LA REACCION QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Conocidas las especies químicas: 
0021
6000
2111
010
224
001
622224
HCCCOCO
O
H
C
HOHCH
Ejemplo: En la gasificación de metano con vapor de agua aparecen las especies 
siguientes, con la que la matriz B es: 
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
Si no se conoce el esquema de reacción. 
18 
 
INGENIERÍA DE LA REACCION QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Etapa:1- Determinar los componentes clave: matriz elementos-especies (B) 
1243
0021
2111
100
010
001
622224

HCCCOCO
O
H
C
HOHCH
Expresión de la matriz B en forma escalonada reducida 
Rango=3 
C. Clave=7-3=4 
6222
22
6224
243
2
2
HCCCOCOH
COCOOH
HCCCOCOCH
nnnnn
nnn
nnnnn



Relación de los No 
clave con los Clave 
NC CC 



S
j
jkj Bmatrizfilakn
1
)(0 jojtj nnn 
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
Si no se conoce el esquema de reacción. 
En 
Reactores 
Continuos 
Fj 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
FORMULACIÓN DEL ESQUEMA DE REACCIÓN 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
 A partir de las especies químicas que toman parte en la 
reacción escribir las reacciones de filiación: 
 Conocimientos de química 
 Construcción de matrices de coeficientes estequiométricos a 
partir de la matriz elementos/especies 
 Estudio bibliográfico para eliminar las que no tienen lugar 
en las condiciones de operación. 
 Realizar estudios experimentales complementarios 
 Método de aislamiento. 
 Análisis cualitativo del transcurso de reacción: máximos, 
 
Si no se conoce el esquema de reacción. 
19 
INGENIERÍA DE LA REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Ejemplo: propuesta de reacciones independientes en la gasificación de metano 
2624
22
222
224
2
3
HHCCH
OHCHCO
HCOOHCO
HCOOHCH




-Las reacciones deben ser independientes 
 Rango de la matriz reacciones-especies=Componentes Clave (CC) 
-No todas las reacciones pueden tener importancia. Si algunas se producen a velocidad 
insignificante: 
 Disminuye el nº de reacciones y de CC a considerar. 
-Si se conocen las reacciones que se producen a velocidad significativa: 
CC a considerar=Reacciones independientes significativas 
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
Si no se conoce el esquema de reacción. 
 
INGENIERÍA DE LA REACCION QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Casos Complejos: No es posible determinar todas las especies. 
TRATAMIENTOS SIMPLIFICADOS: Técnicas de Lumping o agrupamiento de 
especies. 
A: Gasoil 
R: Gasolina 
S: Productos indeseables 
Ejemplo: Craqueo de gasoil 
A R 
craqueo 
S 
Mejora: agrupar especies que se comporten de forma similar. A se divide en 
AP: Parafinas 
AA: Aromáticos 
AN: Nafténicos 
S se divide en 
 SP: Indeseados Pesados 
 SL: Indeseados Ligeros 
Otros Ejemplos: Oxidación de hidrocarburos: 
Productos lumping: Alcoholes, Peróxidos, Cetonas, ácidos 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
20 
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
MATRIZ 
• : REACCIONES (i)- ESPECIES (j) 
• T: ESPECIES-REACCIONES; relación velocidades de 
producción de los no clave con los clave. 
Numero de compuestos clave: 
Rango  Nº reacciones independientes 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
Formulación de esquemas a partir de las especies químicas 
Si se conoce el esquema de reacción. 
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Esquema de reacción conocido; 
Ejemplo 
Producción biodiesel por reacción de 
transesterificacion de aceite 
vegetales 
 
 
ESQUEMA DE REACCION 
GMEMeOHMG
MEMGMeOHDG
MEDGMeOHTG
3
2
1



TG: Triglicéridos 
DG: Diglicéridos 
MG: Monoglicéridos 
ME: Metil ésteres 
G: Glicerol o glicerina 
MeOH: Metanol 
Matriz T 
       
               
               MEGkMeOHMGkMEMGkMeOHDGkrrR
MEMGkMeOHDGkMEDGkMeOHTGkrrR
MEDGkMeOHTGkrR
MG
DG
TG






332232
221121
111
























100
111
111
110
011
001
321
G
MeOH
ME
MG
DG
TG



1i
iijj rR 
Rango matriz =3  
3 reacciones independientes, 3 CC 
Ejemplo: Compuestos clave 
TG, DG, MG 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
Relación entre especies clave-no clave 
21 
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
Compuestos clave 
TG, DG, MG 
 
 
De la Matriz T 
3GG
321MeOHMeOH
321MEME
32MGMG
21DGDG
1TGTG
rRR
rrrRR
rrrRR
rrRR
rrRR
rRR






MGDGTGMG23
DGTGDG12
TG1
RRRRrr
RRRrr
Rr



MGDGTG3G
GGTG321MeOH
GGTG321ME
23
23
RRRrR
RRRrrrR
RRRrrrR
CLAVECCCLAVENOCCRELACION
MD
MD




REACCIONES COMPLEJAS: COMPUESTOS CLAVE-NO CLAVE 
Relación entre compuestos clave-no clave 
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
 
 
REACCIONES COMPLEJAS: COMPUESTOS CLAVE-NO CLAVE 
Relación Rj-Cj: Balance Materia j 
Ej: reactor CSTR 
𝑭𝒋 = 𝑹𝒋𝑽 
MGDGTGG
GGTGMeOH
GGTGME
ΔΔΔΔ
ΔΔ2Δ3Δ
ΔΔ2Δ3Δ
FFFF
FFFF
FFFF
MD
MD



𝑭𝑻 = 𝑭𝒋 𝑸 = 𝒄𝒕𝒆 𝑭𝑳 𝑸 = 𝒇 𝑭𝑻 𝒆𝒏 𝑭𝒈𝒂𝒔 𝑪𝒋 =
𝑭𝒋
𝑸
 
¿ En RD? 
 ¿En FP? 
3 BM (C. CLAVE) 
Relación del cambio de los no clave con los clave 
22 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
INTERPRETACIÓN DE DATOS 
 Matriz elementos-especies químicas: determinar el número de 
componentes clave y establecer su relación con el resto de componentes. 
 Esquema de reacción: establecer la relación entre velocidades de 
producción de los reactantes clave y las velocidades de reacción. 
 Velocidades de reacción: proponer modelos cinéticos
de cada una de 
las reacciones del esquema. 
 Datos experimentales: identificar el modelo que mejor se ajusta 
 Seleccionar el modelo 
 Determinar los parámetros 
 Conocer su precisión 
 
 
INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA 
ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
TEMA 6. Reacciones múltiples 
SIMULACION DE REACTORES 
 Balances de materia de los componentes clave en el reactor 
 Balance de Calor si no es isotermo 
Balance de cantidad de movimiento si P no es constante 
 Resolución simultánea de los balances de materia, calor y c.d.m 
 
Trabajo voluntario: para un ejemplo de los siguientes (u otro propuesto por 
el alumno) plantear el modelo de simulación del reactor: 
 
EJEMPLOS: DESHIDROGENACION Y DESHIDRATACION CICLOHEXANOL 
Reaccion 1: endotérmica Reacción 2: endotérmica 
EJEMPLOS: GASIFICACION DE METANO Y REACCION DE WATER SHIFT 
Reaccion 1: endotérmica Reacción 2: exotérmica 
 
23 
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
 
 
Plantear la Simulación de la evolución de las especies y la T en 
REACTOR CONTINUO (FP) 
ENTRADA CHL (90%)+inerte N2 (1O%). Considerar Po cte 
CALCULAR LOS FLUJOS y PRESIONES PARCIALES DE TODAS LAS 
ESPECIES EN FUNCION DE LOS CLAVE (CHL, CHN): 
Si operase adiabáticamente ¿Cómo plantear el balance de calor? 
¿es conveniente la operación adiabática? 
¿Cómo podríamos modificar la selectividad a ciclohexanona? 
ESQUEMA DE REACCION 

 OHHCOHC
HOHCOHC
2106
2
126
2106
1
126


EJERCICIO: EJEMPLO CON CAMBIO DE VOLUMEN (FASE GAS) 
DESHIDROGENACION Y DESHIDRATACION CICLOHEXANOL 
CHL Ciclohexanol 
CHN Ciclohexanona 
CHE Ciclohexeno 
H Hidrógeno 
W Agua 
N: N2 inerte 
 
Ejemplo considerar cinéticas de reacciones elementales (emplear 
presiones parciales) 
Ambas reacciones endotérmicas 
INGENIERÍA DE la REACCION QUÍMICA ARTURO ROMERO SALVADOR 
AURORA SANTOS LOPEZ 
 
 
 
Plantear la Simulación de la evolución de las especies y la T en 
REACTOR CONTINUO (FP) 
ENTRADA yCH4o + yH2Oo =1 (no inertes) Considerar P cte 
CALCULAR LOS FLUJOS y PRESIONES PARCIALES DE TODAS LAS 
ESPECIES EN FUNCION DE LOS CLAVE (CH4, CO): 
Si operase adiabáticamente ¿Cómo plantear el balance de calor? 
¿es conveniente la operación adiabática? 
¿Cómo podríamos modificar la selectividad a CO? 
ESQUEMA DE REACCION 
EJERCICIO: EJEMPLO CON CAMBIO DE VOLUMEN (FASE GAS) 
Gasificación de Metano a gas de síntesis 
Ejemplo considerar cinéticas de reacciones elementales 
(emplear presiones parciales) 
Reacción 1 endotérmica 
Reacción 2 Exotérmica 
222
224 3
HCOOHCO
HCOOHCH

