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