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• Maria Cristina Curacachi

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

Un Ingeniero Químico Ambiental, Una Empresa.

INFORME DE LABORATORIO REACTOR BATCH ADIABATICO (ANHÍDRIDO ACÉTICO + AGUA)

CÁTEDRA: INGENIERÍA DE LA REACCIONES QUÍMICAS II

CATEDRÁTICO:ING. ORE VIDALON, Salvador

PRESENTADO POR:  CURACACHI PACHECO Maria Cristina SEMESTRE: VIII

HUANCAYO-PERÚ 2016

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL 

Analizar la variación de la temperatura respecto al tiempo y comparar los datos teóricos y los datos experimentales.

OBJETIVO ESPECIFÍCO 

Realizar el balance de materia y energía en un reactor batch que es no



isotérmico y adiabático. Determinar la variación de la temperatura respecto al tiempo en un reactor



tipo Batch. Obtener una comparación grafica de datos experimentales y teóricos.

MARCO TEORICO 1. REACTORES QUIMICOS Los reactores, en los cuales se fabrican productos químicos en la industria, varían en tamaño desde unos pocos cm3 a vastas estructuras que a menudo se represen-tan en fotografía de plantas industriales. Por ejemplo, los hornos que producen cal de piedra caliza pueden ser más de 25 metros de altura y mantener, al mismo tiempo, más de 400 toneladas de materiales. El diseño del reactor está determinada por muchos factores, pero de particular importancia son la termodinámica y la cinética de las reacciones químicas que se llevan a cabo. Los dos tipos principales de reactor se denominan por lotes también conocidos como “batch” o “discontinuos” y continuos. 1.1. REACTORES BATCH O DISCONTINUOS Los reactores discontinuos se utilizan para la mayoría de las reacciones llevadas a cabo en un laboratorio. Los reactivos se colocan en un tubo de ensayo, frasco o vaso de precipitados. Se mezclan juntos, a menudo se calientan para que la reacción tenga lugar y luego se enfrían. Los productos se vierten y, en caso necesario, se purifican. Este procedimiento también se lleva a cabo en la industria, la diferencia clave radica en el tamaño del reactor y las cantidades de reactivos. Después de la reacción, el reactor se limpia para agregar otro lote de reactivos. Los reactores discontinuos o tipo batch se usan usualmente cuando una compañía quiere producir una gama de productos que involucran diferentes reactivos y condiciones de operación del reactor. Entonces ellos usan el mismo equipo para estas reacciones. Un ejemplo de proceso en el cual se usa reactor discontinuo incluye la manufactura de colorantes y margarina. Este reactor tiene la ventaja de que su costo de instrumentación es bajo, además de ser flexible en su uso (se le puede detener de modo fácil y rápido). Tiene la desventaja de un elevado costo en su funcionamiento y de mano de obra debido a la gran cantidad de tiempo que se pasa parado debido a la

carga, descarga y limpieza; Además no siempre es posible implementar un sistema de control adecuado 1.2. ECUACION DE DISEÑO: Entrada=Salida−Generacion+Consumo + Acumulacion 0=0+0+Consumo + Acumulacion

PARTE EXPERIMENTAL Materiales  Reactor tipo Batch  Termometro de rango -10°C – 110°C  Cronometro  Agitador Magnético Reactivos  5 ml de Anhídrido acético  35 ml de Agua destilada Procedimiento

1. Mezclamos en un reactor Batch, : 5 ml ( (C H 3 CO)2 O ) y 35 ml

H2O

el cual está

aislado; este sistema se encuentra con agitacion (con agitador magnético). 2. Se tapa el reactor y en él se coloca un termómetro para la lectura de las temperaturas. 3. Se toma la temperatura inicial a un tiempo 0 segundos y se registran las temperaturas cada minuto, hasta llegar a una temperatura constante.

CALCULOS Dada la reacción: C H 3 CO ¿2 O+ H 2 O→ 2 C H 3 COOH ¿ Datos:  Temperatura = 23°C = 296K Peso molecular de cada compuesto: C H 3 CO ¿2 O=102 g / ml ´ ¿ PM ´ H 2 O=18 g /mol PM

´ 2C H 3 COOH =60 g /mol PM ρac .acet .=1.05

g 3 cm

BALANCE DE MATERIA: CA dt = d x A (−r A ) 0

ρagua =1.00

g cm 3

ρanh .acet .=1.08

g cm 3

En una reacción es de pseudo primer orden:

∆ H=−56

kJ cal =−13378.57 mol anh . acet . mol anh . acet .

lnK =18.309−

6026 T

−r A=k C A

−r A=k C A ( 1−x A ) 0

lnk=

Hallamos k:

Despejamos k:

k =e

−6026 +18.309 T

−6026 +18.309 T

ρ=

Determinando las masas:

m → m=ρ × v v

manh. acet. =1.08 ×5=5.4 g magua=1×35=35 g mt=1.05 × 40=42 g nA=

Determinando las moles:

n B=

5.4 =0.0529mol 102

35 =1.9444 mol 18

CA =

n A × ρac . acet . 0.0529 ×1.05 x 10 3 mol = =1.3225 mt 42 L

CB =

n B × ρac . acet . 1,9444 × 1.05 x 103 mol = =48.61 mt 42 L

0

0

0

0

Reemplazando k y los valores obtenidos : 18.309−

−r A=e

6026 T

× 1.3225 ( 1−x A )

Obtenemos el tiempo reemplazando la ecuación del balance de masa CA dt = d x A k C A ( 1−x A ) 0

0

dt = d xA

1 e

6026 18. 309− T

× ( 1−x A )

BALANCE DE ENERGÍA: dT −∆ H R ×n A = dx A m t ×C p Hallando :C p ,

C p =A + B× T

A = 0.468 B = 0.929×10-3 Entonces:

para un rango de 0 a 80 °C de T −3

C p =0.468+0.929 ×10 ×T (cal /mol . g K °)

dT −−13378.57× 0.0529 = dx A 42×(0.468+ 0.929× 10−3 × T ) dT 16.851 = dx A (0.468+0.929 ×10−3 ×T )

INTEGRANDO 16.851∗¿ dx A T

x

∫ ( 0.468+ 0.929× 10

−3

T0

× T ) dT =∫ ¿ 0

0.929 ×10−3 ×T 02 0.929 ×10−3 ×T 2 0.468 T + −0.468T 0− =16.851 x 2 2 −3 0.929× 10−3 × T 02 0.929× 10 2 T +0.468 T + −0.468 T 0− −16.851 x =0 2 2

(

T=

√

)

0 . 929× 10−3 × T 02 4∗0 . 929× 10−3 −0 . 468+ 0 . 468 − ∗ −0 . 468 T 0− −16 . 851 x 2 2 2

(

2∗0 . 929 ×10−3 2

)

2. RESULTADOS DE DATOS EXPERIMENTALES:

Tiempo (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Temperatura (ºC) 20 22 23.2 24.2 25.3 26.2 27.1 28.0 28.5 29.5 30.1 30.6 30.8 31.0 31.3 32.1 32.4 32.5 32.6 32.7 32.8 32.8 32.8

Temperatura (K) 293.15 295.15 296.35 297.35 298.45 299.35 300.25 301.15 301.65 302.65 303.25 303.75 303.95 304.15 304.45 305.25 305.55 305.65 305.75 305.85 305.95 305.95 305.95

RESULTADOS DE LOS DATOS TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES ********************************************************************** (CH3CO)2O + H2O = 2CH3COOH ********************************************************************** CÀLCULOS TEÒRICOS ********************************************************************** i x(i) TK(i) tmin(i) 0.0 0.000000 293.000000 0.000000 1.0 0.066000 294.501113 0.619240 2.0 0.132000 295.999408 1.218083 3.0 0.198000 297.494902 1.801054 4.0 0.264000 298.987610 2.372850 5.0 0.330000 300.477547 2.938534 6.0 0.396000 301.964729 3.503831 7.0 0.462000 303.449172 4.075557 8.0 0.528000 304.930889 4.662322 9.0 0.594000 306.409896 5.275744 10.0 0.660000 307.886209 5.932727 11.0 0.726000 309.359841 6.660212 12.0 0.792000 310.830807 7.506572 13.0 0.858000 312.299122 8.575433 14.0 0.924000 313.764800 10.172788 15.0 0.990000 315.227854 15.391949 ********************************************************************** DATOS EXPERIMENTALES ********************************************************************** tmin(EXP) TK(EXP) 0 293.0000 1.0000 295.0000 2.0000 296.4000 3.0000 297.4000 4.0000 298.5000 5.0000 299.5000 6.0000 300.4500 7.0000 301.3000 8.0000 302.1000 9.0000 302.8000 10.0000 303.0000 11.0000 303.1000

12.0000 13.0000 14.0000 15.0000 16.0000 17.0000 18.0000 19.0000 20.0000 21.0000 22.0000

304.6000 305.0000 305.4000 305.7000 305.9000 306.1000 306.2000 306.3000 306.4000 306.4000 306.4000

DATOS EXPERIMENTALES TIEMPO Vs. TEMPERATURA 310 305 300

TEMPERATURA K

295 290 285

0

5

10

15

TIEMPO , MIN

20

25

DATOS TEORICOS Y EXPERIMENTALES

DATOS TEORICOS TIEMPO Vs. TEMPERATURA

310

320 315

305

310 305

300

TEMPERATURA K 300 295

TEMPERATURA K

290

EXPERIMENTAL

295 290

285 280

TEORICO

0

2

4

6

8

10

TIEMPO, MIN

12

14

16

18

285

0

5

10

15

20

25

TIEMPO, MIN

*

CONCLUSIONES 

Se observó mediante graficas la variación de la temperatura respecto al tiempo haciendo la comparación de los datos teóricos y los datos



experimentales. Se realizó el balance de materia y energía en un reactor batch que es no



isotérmico y adiabático. Se determinar la variación de la temperatura respecto al tiempo en un



reactor tipo Batch. Se obtuvo la comparación grafica observando la similitud de resultados entre lo experimental y lo teorico.