UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Alvarado Daniela Daniela Alejandra Alejandra Nombres: Alba Alvarado Bedoya Machaca Helga Flores Calle Lourdes Jiménez Ancieta Ariel Salvatierra Huanca Eliana Velasco Coronel Iris Evelin Materia: Lab. De Reactores Docente: Lic. Bernardo López Arce
COCHABAMBA-BOLIVIA
FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR TUBULAR EN ESTADO ESTACIONARIO 1. INTRODUCCION
El reactor continuo tubular se considera como sistema ideal cuando las sustancias que circulan por su interior se comportan según un esquema de flujo pistón, el grado de conversión se regula por la longitud del reactor o por la velocidad de carga. El reactor tubular de flujo se caracteriza por presentar
gradientes de
concentración en la dirección del flujo.
2. OBJETIVOS
2.1.
OBJETIVO GENERAL
Realizar un análisis comparativo del grado de conversión experimental frente a la modelación matemática de un reactor tubular.
Comparar el grado de conversión de reactor mezcla completa y tubular de igual volumen, operado en las mismas condiciones
2.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Controlar los grados de conversión, temperatura.
Determinar los grados de conversión experimental.
Clasificar las variables
3. MARCO TEORICO
Para caracterizar el tipo de flujo en un reactor real, se estudia la respuesta transitoria a un cambio brusco de concentración a la entrada, en ausencia de reacción química. Para realizar el estímulo se emplean sustancias compatibles con el fluido de mezcla
y fácilmente analizables (trazadores), y según el tipo de perturbación hay dos curvas típicas de respuesta:
Figura 1. Reactor de flujo pistón 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)
E ntrada = s alida + desaparición por reacción + acumulación
Figura 2. Balance de masa en un reactor de flujo piston Introduciendo a la ecuación (1)
(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
(
r A )dV
(2)
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
F
o
XA
dV
A, o
0
dX A
r A
Expresando en términos de tiempo de residencia
V F A,o
XA
C A,o
4. DESARROLLO EXPERIMENTAL 4.1.
Equipo y Materiales
MATERIALES
Un reactor tubular
Un sistema de alimentación
dX A
r 0
A
Un equipo para titular o un conductímetro
Un cronómetro
Un vaso de 100 mL
Una balanza analítica de +- 0.01
NaOH (Comercial)
Acetato de Etilo P.A
Agua destilada
4.2.
Desarrollo de la Práctica
La determinación del flujo de alimentación y la preparación de los reactivos se procederá de la misma manera que en la práctica anterior ( 5 )
Funcionamiento del reactor
Una vez preparadas las soluciones de acetato de etilo, hidróxido de sodio cargar a cada tanque de alimentación.
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)
Abrir las válvulas principales de los alimentadores, inmediatamente poner en marcha el cronómetro.
Determinación del grado de conversión de la reacción
Se armará un sistema de titulación
Preparar 25 ml de una solución 0,1 M de HCl y cargar a la bureta
Tomar a los 3 minutos 6 ml de alícuota en la salida del reactor
Colocar 2 gotas de indicador, anotar el volumen gastado.
Repetir esta operación hasta que no exista un cambio significativo del volumen del ácido clorhídrico
Diagrama Experimental
Figura 3 Conexión de reactor tubular flujo pistón.
5. CALCULOS Y RESULTADOS
HCl = 0,1 M C4O2H8 = 0,1 M
4.5L
NaOH = 0,1 M
4.5L
Alícuota = 5 ml Flujo de alimentación = 2.5 ml/s de cada corriente. Vreactor = 1L
Τ
= 200 seg
Flujo del tanque A
A
= 2.5 ml/s
Flujo del tanque B
B =2.5
ml/s
Tabla 1. Reporte de resultados del Reactor Tubular Tiempo (min)
Alicuota (ml)
V HCl (ml) 0.01 M
8:25
5
0
11:25
5
1.5
13:43
5
12.5
19:00
5
31.1
27:47
5
2.4
35:40
5
2.1
39:30
5
2.0
42:37
5
1.9
45:38
5
2.0
48:00
5
2.0
50:50
5
1.9
55:32
5
1.9
(0.1 M)
Conversión experimental
La reacción es equimolar la C A = CB, siendo la concentración C B hidróxido de sodio
C NAOH
C NaOH
X A
V titulado * C HCl
0.003
0.97
V ali cot a
0.025
0.75
0.0622
0.378
0.048
0.52
0.042
0.58
0.04
0.6
0.038
0.62
0.04
0.6
0.04
0.6
0.038
0.62
0.038
0.62
1
C A
C A,o
Conversión teórica
X A
XA
* k * C A,o
* k * C A, o
1
Tabla 2. Variación del Grado de Conversión Teórica y Experimental
Grado de conversión
Grado de conversión
experimental
teórica 0,624
0,951
% Diferencia
34.4
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Se logró determinar el grado de conversión de la reacción de saponificación del acetato de etilo, operada a un tiempo de residencia y temperatura ambiente.
Lo que más tomo tiempo en la práctica fue regular los flujos.
Existe
una
diferencia
entre
el
grado
de
conversión
experimental
encontrando una diferencia de alrededor de un 34.4 % con la teórica.
7. BIBLIOGRAFIA
1.
FOGLER H. S.
(2001)
“Elementos de Ingeniería de las Reacciones
Químicas”, 3a. ed. Pearson Educación, México 2.
OCON GARCIA J., (1981) “Cinetica de las Reacciones Quimicas” 1.a ed. 3.
http://biblos.uamerica.edu.co/cinetica/resumen.php
