Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología

INFORME Nº5Funcionamiento de un reactor mezcla completa T.A.C.en estado estacionario

Estudiantes: Jacinto Miranda Nashira Gisel Vela Marca Igor Alvaro Martinez Alcocer Franklin Rodrigo Salinas Flores Amy Dayana

Grupo: 3 martesCarrera: Ingeniería QuímicaMateria: Laboratorio de reactoresDocente: Lic. Bernardo Lopez

Cochabamba Diciembre del 2014

FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR MEZCLA COMPLETA T.A.C.EN ESTADO ESTACIONARIO

1. INTRIDUCCION

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.

2. OBJETIVOS

Determinar el grado de conversión de la reacción de saponificación del acetato de etilo, operada a un tiempo de residencia y temperatura ambiente.

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 ,o X A=(−rA )VF A ,o=C A ,o∗ϕV

y efectuando operaciones, resulta:

[velocidad deentrada ¿ ]¿¿

¿¿

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. DESARROLLO 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. Llenar el reactor a 1L de reacción, inmediatamente succionar con ayuda de una

jeringa de succión. 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 10 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 25 ml de una solución 0,1 M de HCL y cargar a la bureta Tomar a los 3 minutos 5 ml de alicota 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

Tabla de Reporte de Resultados del TAC

7. DATOS CALCULOS Y RESULTADOS

Flujo del tanque A jA = 1.1ml/sFlujo del tanque B jB =  1.1ml/s Flujo del tanque a la salida = 2.2ml/sCA,o = 0.1 M CB,o = 0.1 M 

Tiempo [min.]

Volumen de la alicota [ml]

Volumen de HCl [ml]

CNaOH (M) XA

28.33 5 0.3 0.006 0.94

35.00 5 0.2 0.004 0.96

38.36 5 0.3 0.006 0.94

42.50 5 0.2 0.004 0.96

45.10 5 0.2 0.004 0.96

48.00 5 0.2 0.004 0.96

50.50 5 0.1 0.002 0.98

53.55 5 0.2 0.004 0.96

55.50 5 0.1 0.002 0.98

57.70 5 0.2 0.004 0.96

62.40 5 0.2 0.004 0.96

Conversión experimental

La reacción es equimolar la CA = CB, siendo la concentración CB hidróxido de sodio:

CNaOH=V titulado∗CHClV ali cota

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.

XA = K*Cao*(1-XA)2*Ƭ

Tabla de Variación del Grado de Conversión Teórica y Experimental

Q = 2.2ml/s V = 1 L

τ= 7.5757 min

Grado de conversión experimental

Grado de conversión teórica

% Diferencia

0.960 0.889 7.99%

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 5.9%, 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

2. OCON GARCIA J., (1981) “Cinetica de las Reacciones Quimicas” 1.a ed. Staley M.

Walas

XA Teórico

0.889

3. DENBINGH, K. G. (1990) “Introducción a la Teoría de los Reactores Químicos”,

2a. ed. Limusa S.A, Mexico

4. LEVENSPIEL, O. (1998) “Ingeniería de las Reacciones Químicas”, 2a. ed. Wiley,

Nueva Cork

5. http://biblos.uamerica.edu.co/cinetica/resumen.php

6. http://www.dicv.csic.es/docs/itq/itq1.pdf.

7. http://www.sc.edu.es/iawfemaf/archivos/materia/teoria.htm