UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA VICERECTORÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN NACIONAL DE PROGRAMAS CURRICULARES CÓDIGO ASIGNATURA: NOMBRE ASIGNATURA: PROGRAMA: PROFESOR: PERIODO: REQUISITOS: ASISTENCIA: 4100820 CINÉTICA Y CATÁLISIS INGENIERÍA QUÍMICA ÁLVARO GÓMEZ PEÑA I SEMESTRE 2021 TERMODINÁMICAII, PROBABILIDAD Y ESTADÍSTICA MÍNIMO 80% DE LAS CLASES PRESENCIALES OBJETIVOS 1. Investigar preliminarmente una reacción química: su mecanismo, su estequiometria, su cinética. 2. Comprender el uso efectivo de la cinética química en el diseño y desarrollo de procesos: biotecnológicos, catalíticos, alimentos, ambientales, etc. 3. Aprender a evaluar datos cinéticos. 4.Construir modelos matemáticos confiables y manejables para el análisis de sistemas reaccionantes. CONTENIDO CINÉTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS HOMOGÉNEAS 1. NOCIONES BASICAS 1 SEMANA Clasificación de las reacciones químicas, Reacción elemental. Mecanismo de reacción. Historia de las reacciones químicas. Sistemas homogéneos, Sistemas heterogéneos catálisis, adsorción. Reacciones de acuerdo con las condiciones operativas. Factores que afectan la velocidad de reacción. Morfología de la velocidad de reacción. Definición de velocidad de reacción, Equilibrio en reacciones elementales. Equilibrio en reacciones no elementales, Reacciones simples y reacciones múltiples 2. REACCIONES HOMOGENEAS 2 SEMANAS Influencia de la concentración: Mecanismos para reacciones no elementales: Sustancias inestables, Tipos de sustancias inestables, Tipos de mecanismos de reacción, Análisis de mecanismos de Reacción, Modelos para reacciones no elementales. Influencia de la temperatura: Ecuación de Arrhenius, Teoría de la ecuación de Arrhenius, Punto de vista termodinámico de la ecuación de Arrhenius, Teoría de las colisiones, Teoría del estado de transición. 3. PROCEDIMIENTOS DE LABORATORIO 1 SEMANA Estudio de una reacción química, Reactivos, productos y otras sustancias, Velocidad de reacción, Temperatura del experimento, Medio, Condiciones para obtener datos en el laboratorio, Procedimientos de laboratorio. 4. FORMAS DE LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD 2 SEMANAS Balances de materia, Balances de materia por componente, Balances globales de materia: En función de concentraciones, En función de las moles actuales, En función de la fracción convertida, En función de la presión total, En función de una propiedad física. 5. CINÉTICA FORMAL 3 SEMANAS Estudio cinético de una reacción, Método integral de análisis de datos, Análisis de la gráfica, Aplicación, Método diferencial de análisis de datos, Análisis de la ecuación total, Análisis de la ecuación parcial, Método de desmenuzamiento, Método de los componentes en exceso, Método de los mínimos cuadrados. CINÉTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS HETEROGÉNEAS 6. NATURALEZA Y MECANISMOS DE LAS REACCIONES CATALÍTICAS 3 SEMANAS Definición general de catálisis. Contexto histórico. Orígenes y primeras aplicaciones. El fenómeno de la adsorción. Adsorción física y adsorción química. Isotermas de adsorción. Teoría de Langmuir. Isotermas de BET, Henry, otras. Termodinámica de la adsorción. Análisis del mecanismo de contacto. Difusión de reactantes y productos. Quimisorción de sustancias reaccionantes. Transformación de especies adsorbidas. Desorción de productos. Mecanismos y cinética de reacciones enzimáticas 7. CATALIZADORES SÓLIDOS 1 SEMANA Propiedades de los catalizadores sólidos, Área superficial, fracción vacía, densidad del sólido y distribución de poros. Clasificación de los catalizadores y selección de los componentes primarios. Métodos principales de preparación de catalizadores. Promotores e inhibidores 8. CINÉTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS EN CATÁLISIS HETEROGÉNEA 3 SEMANAS Energía de activación y temperatura. Conceptos fundamentales. Reacciones unimoleculares (en un paso). Reacciones bimoleculares y múltiples (dos o más pasos). Tratamiento de las reacciones paralelas y consecutivas. Cinética y equilibrio. Limitaciones de las expresiones cinéticas. Identificación de la etapa controlante. Modelos de velocidad controlada por: reacción superficial, adsorción y desorción métodos cinéticos en catálisis heterogénea: condiciones para la obtención de datos experimentales, métodos experimentales para la determinación de datos cinéticos: el reactor tipo cesta (mezcla perfecta), el reactor de lecho fijo (flujo pistón), determinación de parámetros en ecuaciones cinéticas mecanísticas: métodos. METODOLOGÍA: Exposición de temas básicos por parte del profesor. Realización y exposición de trabajos y proyectos de asignación por parte de los alumnos acerca de problemas de aplicación y temas específicos. Como apoyo didáctico se asignarán actividades para desarrollar fuera del aula, lectura de documentos, estudio y solución de casos aplicados a procesos homogéneos y heterogéneos. ASESORÍA: Lu: 10- 12 am; Mi: 10-12 EVALUACIÓN: Cuatro exámenes, con un valor total de25% cada uno. Asistencia mínima presencial 80% del total de horas semestral. BIBLIOGRAFÍA 1. H. SCOTT. FOGLER. Elements of chemical reaction engineering. 3a Ed. 2. LEVENSPIEL, O. Ingeniería de las reacciones químicas. 2003. Wiley 3. J.M. SMITH. Chemical engineering kinetics. Mc Graw Hill. 3a Ed. 4. LOGAN, S. R. Fundamentos de cinética química. Adison – Wiley.2000 5. JENS HAGEN. Industrial Catalysis. A Practical Approach. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 20006 6. C. H. BARTHOLOMEW, R. J. FARRAUTO. Fundamentals of Industrial Catalytic Processes. Wiley 2006 7. ROJAS G, J. N. Elementos de Cinética. Universidad Nacional Manizales.2008 REVISTAS APPLIED CATALYSIS CATALYSIS LETTERS. CATALYSIS REVIEW. CATALYSIS TODAY JOURNAL OF CATALYSIS
