UNIVE UNIVERSI RSIDA DAD D MAYOR MAYOR DE SAN SAN SIM N FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA DE QUÍMICA
FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR RE ACTOR TUBULAR EN ESTADO ESTACIONARIO __ _ _________ _______________________ ESTUDIANTES.-
Copa Mitma Mariela Garcia Montaño Yhoset Ana Belen Nina Nina Paola Ribera Rojas Lizeth Rosales Olmos Maria Virginia
MATERIA.Laboratorio de Reactores
DOCENTE.Lic. Bernardo Lopez
GESTIÓN.I-2014 9-7-2014
ÍNDICE 1.
Introducción ...................................................................................................................................................................................................... 2
2.
Objetivos ............................................................................................................................................................................................................ 2 2.1.
Objetivo General................................................................................................................................................................................... 2
2.2.
Objetivos Específicos........................................................................................................................................................................... 3
3.
Fundamento Teórico ...................................................................................................................................................................................... 3
4.
4. Desarrollo Experimental .......................................................................................................................................................................... 5 4.1 Materiales y reactivos ................................................................................................................................................................................... 5 4.2. Procedimiento Experimental.................................................................................................................................................................... 5
5.
Datos, Cálculos y Resultados ...................................................................................................................................................................... 7
6.
CONCLUSIONES............................................................................................................................................................................................. 9
7.
Bibliografía......................................................................................................................................................................................................... 9
FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR TUBULAR EN ESTADO ESTACIONARIO Laboratorio de Reactores
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1. Introducción El reactor tubular de flujo en pistón (RTFP) se caracteriza porque el flujo de fluido a su través es ordenado, sin que ningún elemento del mismo sobrepase o se mezcle con cualquier otro elemento situado antes o después de aquel, esto es, no hay mezcla en la dirección de flujo (dirección axial). Como consecuencia, todos los elementos de fluido tienen el mismo tiempo de residencia dentro del reactor.
Como en el caso anterior estudiaremos este reactor en estado estacionario, o sea que el término de acumulación desaparece en el balance. Como la composición del fluido varía a lo largo del reactor el balance de materia debe realizarse en un elemento diferencial de volumen transversal a la dirección de flujo.
2. Objetivos
Realizar un análisis comparativo del grado de conversión experimental frente a la modelación matemática de un reactor tubular.
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Comparar el grado de conversión de reactor mezcla completa y tubular de igual volumen, operado en las mismas condiciones.
Calcular el tiempo de residencia en el reactor tubular flujo pistón.
3. Fundamento Teórico Los reactores tubulares son caños cilíndricos que operan normalmente en estado estacionario. Para modelar este reactor se asume que el flujo es turbulento de modo que pueda ser considerado como un flujo pistón.
Suponer flujo pistón implica que en cualquier sección transversal normal al fluido, la velocidad, presión, temperatura y composición son uniformes no existen variaciones radiales. Si se asume esta hipótesis para todos los reactores tubulares, el reactor de flujo pistón es sinónimo de reactor tubular. En un reactor de flujo pistón la composición del fluido varía con la coordenada o posición en la dirección del flujo; en consecuencia, el balance de materia para un componente de la reacción a de referirse a un elemento diferencial de volumen dV. Así, para el reactante A tendremos (en estado estacionario la acumulación es 0.
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entrada = salida + desaparición por reacción + acumulación
(1)
Imagen 1. Gráfica balance de masa en reactor tubular. Introduciendo a la ecuación (1) F A
( F A dF A ) (r A )dV
Teniendo en cuenta que dF A
d [ F A,o (1 X A )] F A, o dX A
Por sustitución resulta: F A, o dX A
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(r A )dV
(2)
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Por consiguiente, esta es la ecuación referida a A para el volumen dV en la sección diferencial del reactor; para todo el reactor es necesario integrar esta expresión. Agrupando convenientemente los términos de la ecuación (2), teniendo en cuenta que el caudal molar de la alimentación
F Ao,
es constante, mientras que –
r A
depende de las concentraciones de las sustancias o de la conversión, tenemos: V
dV
F
o
XA
dX A
r A
0
A, o
Expresando en términos de tiempo de residencia
V F A,o
C A, o
XA
0
dX A
r A
4. 4. Desarrollo Experimental
Materiales
Reactivos
Equipos
Pipeta graduada de 10 mL
Hidróxido de sodio
Balanza Analítica
matraz aforado de 50 mL
Acetato de etilo
Cronometro
Matraces Erlenmeyer de 100 mL. Acido clorhídrico
Reactor tubular
Matraz aforado de 100 mL.
Fenolftaleína
Un sistema de alimentación.
Vasos de precipitados
Agua destilada
Bureta de 50 mL Soporte universal Pizeta Pinzas
1. Llenar los tanques de alimentación con agua potable Laboratorio de Reactores
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2. Regular los flujos 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. Una vez regulado los flujos de alimentación cerrar las llaves principales y vaciar toda
el agua potable, para poder depositar los reactivos de alimentación. 5. 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
6. El sistema de reacción será equimolar por lo tanto las concentraciones iniciales C A,o,
CB,o tendrán un valor de 0.1 M. 7. Una vez determinadas las concentraciones, preparar 4.5 litros para cada reactivo
acetato de etilo e hidróxido de sodio. 8. Una vez preparadas las soluciones de acetato de etilo e hidróxido de sodio cargar a
cada tanque de alimentación. 9. Llenar el reactor con 1 litro de agua destilada, unir rápidamente a la entrada de
alimentación. (Evitar la existencia de burbujas dentro del reactor tubular) 10. Abrir las válvulas principales de los alimentadores, inmediatamente poner en
marcha el cronómetro. 11. Se armará un sistema de titulación. 12. Preparar 25 mL de una solución 0,1 M de HCL y cargar a la bureta. 13. Se tomará alícuotas de 6 mL cada 3 minutos en la salida del reactor. 14. Colocar 2 gotas de indicador fenolftaleína y anotar el volumen gastado. 15. Repetir esta operación hasta que no exista un cambio significativo del volumen del
ácido clorhídrico.
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Imagen 2. Diagrama experimental
5. Datos, Cálculos y Resultados Flujo del tanque A A =1.1 ml/s Flujo del tanque B
=1.1 ml/s
B
C A,o =0.1 M CB,o =0.1 M
Tabla de Reporte de resultados del Reactor Tubular T (min) 9.03 45.06
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Valicuota (ml) 5 5
VHCL(ml) 0.8 0.3
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Conversión experimental
La reacción es equimolar la C A = CB ,siendo la concentración C B hidróxido de sodio C NaOH
V titulado * C HCl
X A
V ali cot a
1
C A C A,o
Conversión teórica X A
* k * C A,o * k * C A,o
1
Dónde:
[] Entonces:
Tabla de Variación del Grado de Conversión Teórica y Experimental Grado de conversión
Grado de conversión teórica
% Diferencia
0.87
2.3%
experimental 0.89
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6. CONCLUSIONES
Se realizó la comparación del grado de conversión experimental con el grado de conversión teórica para la reacción de saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio, dando como resultado un porcentaje de diferencia del 2.3%, el cual es un valor bajo.
Se calculó un tiempo de residencia estimado en el reactor tubular flujo pistón, el cual es un tiempo razonable.
Por último realizando la comparación entre el reactor TAC y el de flujo pistón podemos ver que la conversión de flujo pistón es mayor a la del TAC. Dicha información coincide con la teoría ya que un número infinito de TAC’s recién
igualaría a la conversión del PFR
7. Bibliografía
O. Levenspiel, INTRODUCCION A LA INGENIERIA DE LA CINETICA QUIMICA.
Scott H. Foggler, ELEMENTOS DE INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS.
Ángel González Ureña, CINÉTICA QUÍMICA.
Donald Voet, Judith G. Voet. BIOQUÍMICA.
http://www.galeon.com/mcoronado/PRACTICAS_I/14Practica14.pdf
http://www.criba.edu.ar/cinetica/reactores/Capitulo%201.pdf
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