UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERIA QUÍMICA
FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR MEZCLA COMPLETA (T.A.C.) EN ESTADO ESTACIONARIO
ESTUDIANTES: GALARZA CESPEDES JUAN DIEGO MOLINA FERREL PAOLA ALEJANDRA OLGUIN AGUILAR CAROLINA VARGAS BUSSTILLOS KAREN VILLCA PINTO MARIA FERNANDA
GRUPO:MARTES 1 DOCENTE: LIC. BERNARDO LÓPEZ ARCE MATERIA: LABORATORIO DE REACTORES FECHA: 19/12/2014 COCHABAMBA-BOLIVIA
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1. INTRODUCCION Un reactor mezcla completa consiste en un tanque que disponga de buena agitación proporcionando un mezclado perfecto, en el que el flujo de materia es el mismo (constante) en la entrada como en la salida. La agitación, la chaqueta de calentamiento o enfriamiento y el tamaño del reactor son parámetros que afectan de manera importante la conversión máxima que es posible alcanzar en dicho modelo de reactores. 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General
Determinar el grado de conversión de la reacción de saponificación del acetato de etilo, operada a un tiempo de residencia y temperatura ambiente.
2.2. Objetivos Específicos
Realizar la calibración de los flujos de entrada y salida en el T.A.C.
Determinar los parámetros de agitación en el reactor.
3 Marco Teórico Los reactores continuos tanque agitado se usan normalmente para llevar a cabo reacciones en fase líquida, tanto en el laboratorio como a escala industrial. Sin embargo, también se usa para llevar a cabo reacciones en fasegas sobre todo cuando son reacciones catalizadas por un sólido y para sistemas de reacción sólido-líquido-gas (S-L-G). Sea el siguiente reactor tanque agitado que sigue el modelo de flujo de mezcla perfecta, por tanto con la relación, tipo de agitador y potencia de agitación adecuados. En las unidades continuas interesa la operación en estado estacionario, por tanto se diseñan para ello. En consecuencia la ecuación de diseño que se deducirá será válida para dicho estado estacionario, no siéndolo ni para la puesta en marcha ni para la parada. Para esta práctica es requisito que el estudiante tenga un conocimiento adecuado del comportamiento de estos sistemas previo al desarrollo de la práctica, específicamente: conocimientos de balances de materia y de energía, junto con la cinética de reacciones. Realizando un balance de materia tendremos:
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velocidad de producccion velocidad de entrada velocidad de salidad velocidad de acumulacio n de materia de A de materia de A de materia de A por reacccion de materia de A homogenea
Acumulación de A [moles/tiempo] = 0 estado estacionario Entrada de A, [moles/tiempo] = Salida de A, [moles/tiempo] =
F A,o
F A
F A,o
F A,o (1
1
X A,o
X A )
Generación de A [moles/tiempo] = r V (desaparición de A por reacción A
química) r A = ( moles de A que reaccionan /( tiempo)( volumen de fluido) ; V = volumen de reactor Sustituyendo al balance de materiales se tiene F A o X A
el F ,
A o
r A V
C A,o
* V
,
y efectuando operaciones, resulta: V
τ
φ
V
X X C A,o A,f A,i ( r ) A
C C A,o A ( r A )
Donde τ = Tiempo de residencia V
Flujo volumétri co total
4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1 Materiales y reactivos 4.1.1. Materiales - 1 Pipeta graduada de 10 mL. - 1 matraz aforado de 50 mL. - 3 Matraces Erlenmeyer de 100 mL. - 1 Matraz aforado de 100 mL. - 2 Vasos de precipitación de 100 mL. - 1 Bureta de 50 mL - Soporte universal - Espátula - Pizeta - Pinzas
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- Pera - Soportes de recipientes con reactivos. 4.1.2. Reactivos e Insumos - Acetato de etilo - Hidróxido de sodio - Ácido clorhídrico concentrado - Agua destilada - Fenolftaleína 4.2 Equipos - Reactor Tanque Agitado continuo (TAC) - Cronómetro - Balanza Analítica. - Motor eléctrico 4.3. Desarrollo de la práctica 1. Llenar los tanques de alimentación con agua potable 2. Regular losflujos de los dos tanques de alimentación (A , B) 3. Una vez definidos los flujos de cada tanque procedemos a unir las
mangueras de ambos tanques y se introduce al reactor. 4. Llenar el reactor a 1L de reacción, inmediatamente succionar con ayuda
de una jeringa de succión. 5. Regular el flujo de salida hasta igualar al flujo total de entrada del reactor. 6. Una vez regulado los flujos de alimentación cerrar las llaves principales y
vaciar toda el agua potable, para poder depositar los reactivos de alimentación. 7. De acuerdo a los flujos de alimentación se calculará las concentraciones
de cada reactante de acuerdo con las siguientes ecuaciones (Provenientes del balance de masa) . *
C A,o
C A,o V
A
*
C B ,o
C B ,o V
B
8. El sistema de reacción será equimolar por lo tanto las concentraciones
iniciales C A,o, CB,o tendrán un valor de 0.1 M. 9. Una vez determinadas las concentraciones, preparar 4.5 litros para cada
reactivo acetato de etilo e hidróxido de sodio. 10. Una vez preparadas las soluciones de acetato de etilo e hidróxido de
sodio cargar a cada tanque de alimentación.
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11. Llenar el reactor con 1 litro de agua destilada. 12. Encender el motor de agitación 13. Abrir las válvulas principales, succionar inmediatamente con la jeringa el
sifón de salida del reactor, poniendo en marcha el cronómetro. 14. Se armará un sistema de titulación. 15. Preparar 50 mL de una solución 0,1 M de HCL y cargar a la bureta. 16. Tomar a los 2 minutos 6 ml de alicota en la salida del reactor. 17. Colocar 2 gotas de indicador, anotar el volumen gastado de HCl.
4.4 Diagrama Experimental
5 CÁLCULOS Y RESULTADOS Flujo del tanque A A = 1ml/s Flujo del tanque B
B
= 1ml/s
Flujo del tanque a la salida = 2 ml/s
CA,o = 0.1 M CB,o = 0.1 M
P/ 10 [ml] acetato de etilo
0.1[mol/l]*88[g/mol]* 10 [l ]= 88[g]
P/ 10 [l] Hidróxido de sodio
0.1[mol/l]*40[g/mol]* 10 [l ]= 40[g]
5
Tiempo Volumen de la Volumen [min.] HCl [ml] alicota [ml]
de CNaOH (M)
X A
2.05
5
0.9
0.018
0.82
5.04
5
0.9
0.018
0.82
9.45
5
1.3
0.026
0.74
12.41
5
1.4
0.028
0.72
22.50
5
1
0.02
0.80
25.27
5
1.3
0.026
0.74
29.18
5
1.1
0.022
0.78
31.08
5
1
0.02
0.80
34.07
5
1
0.02
0.80
Tabla de Reporte de Resultados del TAC
La reacción es equimolar la C A = CB, siendo la concentración C B
hidróxido de sodio: C NaOH
V titulado * C HCl
V ali cot a
La conversión para cada uno de los tiempos y volumen de alícuotas se calcula con: X A
1
C A
C A,o
Podemos calcular la constante k para esta reacción mediante la siguiente expresión:
K = 1.208*1010 EXP(45504/8.314*(20+273.15)) = 95.88 Lmol -1 min-1
Conversión teórica
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Utilizando la ecuación de diseño de un tanque de mezcla completa
podremos calcular el grado de conversiónteorica.
XA = K*Cao*(1-XA)2*Ƭ Q = 2ml/s V = 10 L = 500min
XA Teórico
0.85
τ
Tabla de Variación del Grado de Conversión Teórica y Grado de
Grado
de % Diferencia
conversión teórica
0.8
0.85
5.9
6 CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Uno de los problemas principales para trabajar con este reactor fue poder garantizar que los flujos de entrada sean igual a los flujos de salida Tomar los datos en el tiempo adecuado es determinante para poder obtener datos representativos para analizar este reactor. Como se puede verificar con los cálculos y resultados obtenidos, se logró determinar el grado de conversión en la saponificación del acetato de etilo la misma que se trabajó a temperatura ambiente y en estado estacionario. Además se logró los resultados con una muy buena aproximación respecto al valor teórico solamente con una variación de solo 5.9%, de esta forma podemos decir que se cumplió con los objetivos de la práctica de manera satisfactoria.
7 BIBLIOGRAFÍA
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1 DENBINGH, K. G. (1990)
“Introducción a la Teoría de los Reactores
Químicos”, 2a. ed. Limusa S.A, Mexico
2 FOGLER H. S.
(2001)
“Elementos de Ingeniería de las Reacciones
Químicas”, 3a. ed. Pearson Educación, México
3 LEVENSPIEL, O. (1998) “Ingeniería de las Reacciones Químicas”, 2a. ed. Wiley,
Nueva Cork
4 http://biblos.uamerica.edu.co/cinetica/resumen.php 5 http://www.dicv.csic.es/docs/itq/itq1.pdf . 6 http://www.sc.edu.es/iawfemaf/archivos/materia/teoria.htm 7 http://www.unac.edu.pe/documentos/organizacion/vri/.../INFORME.PDF
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