funcionamiento de un reactor tac en estado estacionario
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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMONFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
INFORME
PRÁCTICA Nº 5
FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR MEZCLA COMPLETA T.A.C.EN ESTADO ESTACIONARIO
GRUPO: Nº 4 MARTES
ESTUDIANTES: ANGULO SANCHEZ ROMER JHERSON
DURAN CHOQUE LITZA MABEL
RIVERA MALAGA DUNIA MILEYCA
RODRIGUEZ VIDAURRE MAYRA NADYA
MATERIA: LABORATORIO DE REACTORES
DOCENTE: LOPEZ ARZE JAVIER BERNARDO
FECHA: 15 DE FEBRERO 2016
GESTIÓN 2/2015-COCHABAMBA
FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR MEZCLA COMPLETA T.A.C.EN ESTADO ESTACIONARIO
1. INTRODUCCION
El tipo de reactor mezcla completa consiste en un tanque con buena agitación, en el que hay un flujo continuo de material reaccionante y desde el cual sale continuamente el material que ha reaccionado (parcialmente), como consecuencia de ello, la corriente efluente tiene la misma composición.
El reactor de tanque agitado continuo (CSTR) consta de un tanque con una agitación casi perfecta, en el que hay un flujo continuo de mate reaccionante y desde el cual sale continuamente el material que ha reaccionado (material producido).
La condición de agitación no es tan difícil de alcanzar siempre y cuando la fase líquida no sea demasiada viscosa. El propósito de lograr una buena agitación es lograr que en el interior del tanque se produzca una buena mezcla de los materiales, con el fin de asegurar que todo el volumen del recipiente se utilice para llevar cabo la reacción, y que no existan o queden espacios muertos.
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 ESPECIFICOS
Realizar un análisis comparativo del grado de conversión experimental frente a la modelación matemática de un R.T.A.C.
3. FUNDAMENTO TEORICO
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:
Acumulación de A [moles/tiempo] = 0 estado estacionario
Entrada de A, [moles/tiempo] = F A ,o=F A ,o (1−X A ,o)
Salida de A, [moles/tiempo] = F A=F A ,o (1−X A)
Generación de A [moles/tiempo] = −rAV (desaparición de A por reacción 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 ,oX A=(−rA )VF A ,o=C A ,o∗ϕV
y efectuando operaciones, resulta:
VφV
=τ=C A,o (X A,f−X A,i )
(−r A )=C A,o−C A(−rA )
Donde :τ = Tiempo de residencia ϕV=Flujo volumétrico total
4. MATERIALES Y REACTIVOS
Un reactor TAC Un sistema de alimentación Un equipo para titular o un conductímetro Un cronometro
Un vaso de 100 mL Una balanza analítica NaOH (Comercial) Acetato de Etilo Agua destilada
5. PROCEDIEMIENTO EXPERIMENTAL
Sistema de alimentación
Llenar los tanques de alimentación con agua potable Regular los flujos de los dos tanques de alimentación (A , B) Una vez definidos los flujos de cada tanque procedemos a unir con un tubo en T
de vidrio, comunicado al reactor. Regular el flujo de salida hasta igualar al flujo de entrada del reactor. Una vez regulado los flujos de alimentación cerrar las llaves principales y vaciar
toda el agua potable, para poder depositar los reactivos de alimentación.
Preparación de las concentraciones de alimentación
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
¿ =CA ,oϕVϕA
CB ,o¿ =
CB ,oϕVϕB
El sistema de reacción será equimolar por lo tanto las concentraciones iniciales CA,o, CB,o tendrán un valor de 0.1 M
Una vez determinadas las concentraciones, preparar 5 litros para cada reactivo acetato de etilo e hidróxido de sodio.
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 Encender el motor de agitación Abrir las válvulas principales, succionar inmediatamente con la jeringa el sifón de
salida del reactor, poniendo en marcha el cronómetro.
Determinación del grado de conversión de la reacción
Se armará un sistema de titulación Preparar 100 ml de una solución 0,1 M de HCL y cargar a la bureta Tomar la primera muestra a los 2 minutos de 6ml de alícuota en la salida del
reactor. Colocar 2 gotas de indicador, anotar el volumen gastado Repetir la operación cada 3 minutos, hasta que el volumen de ácido sea
constante.
6. DIAGRAMA EXPERIMENTAL
7. DATOS CALCULOS Y RESULTADOS
DATOS:
PREPARACION DE LAS MEZCLAS REACTANTES
Para acetato de etilo:Se tiene acetato de etilo con 99,5% de pureza, concentracion de 10,16M
C1*V1=C2*V2 V2=C1*V1/C2 V2= 0,1M*5L/10,16M V2=49,21ML de acetato de etilo concentradoEl volumen real utilizado: V2= 49,5ml utilizado para preparar 5L de acetato de etilo
La concentración real de acetato de etilo será:C1*V1=C2*V2 C1=C2*V2/V1 C1=10,16M*49,5L/5000L C1=0,10058M Concentracion real de acetato de etilo.
Para el hidroxido de sodio:Se tiene hidróxido de sodio con 98% de pureza, con peso molecular 40gr
5L*0,1mol/L*40gr/mol*100gr/98gr= 20,408gr de hidróxido nde sodio comercial
El peso real utilizado es: 20,4205gr
La concentracion real del hidróxido de sodio sera:20,4205gr*98gr/100gr*1mol/40gr*1/5L= 0,10006M Concentracion real del hidróxido de sodio
Flujo del tanque A (acetato d etilo) jA = 0,92ml/sFlujo del tanque B (hidróxido de sodio) jB = 0,997ml/s Flujo del tanque a la salida = 1,917ml/s CA,o = 0,10058 M CB,o = 0,10006 M
Tabla de Reporte de Resultados del TAC
Tiempo [min.] Volumen de la alicota [ml]
Volumen de HCl [ml]
2 6 0,6
5 6 0,9
8 6 1
11 6 1,4
14 6 1,2
17 4 0,8
20 6 1,3
23 6 1,3
26 6 1,3
29 6 1,2
32 6 1,2
35 6 1,2
38 6 1,1
41 6 1,1
44 6 1,1
47 6 1,1
50 6 1
53 6 1
56 6 1
59 6 1
CALCULOS:
Tiempo [min.] Volumen de la alicota [ml]
Volumen de HCl [ml]
CNaOH (M) XA
2 6 0,6 0,01 0,90031898
5 6 0,9 0,015 0,85047847
8 6 1 0,01666667 0,83386497
11 6 1,4 0,02333333 0,76741095
14 6 1,2 0,02 0,80063796
17 4 0,8 0,02 0,80063796
20 6 1,3 0,02166667 0,78402446
23 6 1,3 0,02166667 0,78402446
26 6 1,3 0,02166667 0,78402446
29 6 1,2 0,02 0,80063796
32 6 1,2 0,02 0,80063796
35 6 1,2 0,02 0,80063796
38 6 1,1 0,01833333 0,81725146
41 6 1,1 0,01833333 0,81725146
44 6 1,1 0,01833333 0,81725146
47 6 1,1 0,01833333 0,81725146
50 6 1 0,01666667 0,83386497
53 6 1 0,01666667 0,83386497
56 6 1 0,01666667 0,83386497
59 6 1 0,01666667 0,83386497
Conversión experimental
La reacción es equimolar la CA = CB, siendo la concentración CB hidróxido de sodio:
Tabla de Variación del Grado de Conversión Teórica y Experimental
CNaOH=V titulado∗CHClV alicot a
La conversión para cada uno de los tiempos y volumen de alícuotas se calcula con:
X A=1−C AC 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
Utilizando la ecuación de diseño de un tanque de mezcla completa podremos calcular el grado de conversión teorica.
Nao*XA=K* Cao2*(1-XA)2*V
XA = K*Cao*(1-XA)2*V/V̥
Cao= 0,10032mol/LK=95,88L/mol*minV = 1000 L V̥= 1,917ml/seg =115,02ml/min
XA Teórico= 0,89646
Grado de conversión experimental
Grado de conversión teórica
% Diferencia
0,81559 0,89646 8,087%
8. CONCLUSIONES
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 8,087%de esta forma podemos decir que se cumplió con los objetivos de la práctica de manera satisfactoria.
9. BIBLIOGRAFIA
FOGLER H. S. (2001) “Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas”,
3a. ed. Pearson Educación, México
OCON GARCIA J., (1981) “Cinetica de las Reacciones Quimicas” 1.a ed. Staley
M. Walas
DENBINGH, K. G. (1990) “Introducción a la Teoría de los Reactores Químicos”,
2a. ed. Limusa S.A, Mexico
LEVENSPIEL, O. (1998) “Ingeniería de las Reacciones Químicas”, 2a. ed. Wiley,
Nueva Cork
http://biblos.uamerica.edu.co/cinetica/resumen.php
http://www.dicv.csic.es/docs/itq/itq1.pdf.
http://www.sc.edu.es/iawfemaf/archivos/materia/teoria.htm
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