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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR TANQUE AGITADO CONTINUO

Estudiantes: Ayala Villarroel Neysi Bautista Garcia Dennys Cossio Perez José Alfredo Meneses Crespo Joel Sejas Soto José Daniel Docente: Lic. Bernardo López Asignatura: Laboratorio de Reactores Gestión: I/ 2013

FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR TANQUE AGITADO CONTINUO 1. INTRODUCCIÓN

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

2.1.

Objetivo General

Analizar el mecanismo de una reacción en un reactor mezcla completa (fase continua) en estado estacionario.

2.2. Objetivos Específicos 

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. MARCO TEÓRICO

Son los que cuentan con un agitador eficiente para lograr que la composición

y la temperatura de la masa reaccionante tiendan a ser

iguales en todas las zonas del reactor, es decir lograr una uniformidad de las propiedades. El diseño del agitador y su velocidad puede afectar las condiciones de mezclado. A esta Categoría pertenecen los reactores de

empleo más común en la industria química. La mayor parte, esta equipado con algún medio de agitación (centrifugación, oscilación o sacudidas), así como elementos para la transferencia de calor (intercambiadores de calor de cubierta, externo e interno). Esta clase admite tanto la operación intermitente

como la continua en amplias gamas de

temperatura y

presión. Con excepción de los líquidos muy viscosos, el reactor tanque con agitación produce un mezclado casi perfecto (retromezclado). En una operación continua se puede conectar en serie varios reactores de este tipo. También

existen

recipientes

unitarios

de reacción de

funcionamiento continuo divididos en cierta cantidad de compartimientos, cada uno de los cuales equivale a un tanque con agitación. Un diseño especial es el de los reactores mezcladores de aspa helicoidal que se utiliza en las reacciones de polimerización. Este tipo de reactores se utiliza principalmente para reacciones en fase líquida Cuando en la fase liquida del reaccionante se suspenden partículas finas de catalizador, o cuando uno de los reactivos es un sólido pulverizado, el reactor de tanque agitado se conoce como reactor de lodos. En este caso uno de los reactivos se encuentra en fase gaseosa, el cual es burbujeado dentro del seno del liquido que suspende al catalizador.

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  velocidad de producccion   velocidad de entrada  velocidad de salidad     velocidad de acumulacio n  de materia de A   de materia de A   de materia de A por reacccion   de materia de A          homogenea  

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] = FA,o  FA,o 1  X A,o   Salida de A, [moles/tiempo] = FA  FA,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

FA,o X A   rA V el FA,o  C A,o *  V y efectuando operaciones, resulta:

V τ φV Donde τ = Tiempo de residencia

V  Flujo volumétrico total

C A,o  X A,f  X A,i  



(  rA )

C  CA  A,o (  rA )

4. MÉTODO EXPERIMENTAL 4.1. Equipos y Materiales 

Un reactor TAC



Un sistema de alimentación



Un equipo para titular o un conductívimetro



Un cronometro



Un vaso de 100 mL



Una balanza analítica



NaOH (Comercial)



Acetato de Etilo



Agua destilada

4.2. Desarrollo Práctico 

Llenar el balde de materiales lo antes posible (24 horas)

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 

 

El

sistema

de

C A, o V

C B* ,o 

A

reacción

será

equimolar

por

lo

C B , o V

B tanto

las

concentraciones iníciales CA,o, CB,o tendrán un valor de 0.1 M 

Una vez determinadas las concentraciones, preparar 4.5 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 25 ml de una solución 0,1 M de HCL y cargar a la bureta



Tomar a los 2 minutos 6 ml 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

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Hoja de Registro Nombre de la Práctica: Funcionamiento de un reactor Tanque Agitado contínuo Grupo Nº 5

Flujo del tanque A A = 1

CA,o = 0,1

Flujo del tanque B B = 1

ml/s

M

CB,o = 0,1

C A* ,o 

ml/ s

M

0,05 * 2,8 1,4

C A* ,o  0,1M Y como se trabajo de manera equimolar la concentración CB,O también es igual a 0,1 M. Tabla de Reporte de Resultados del TAC

Tiempo Volumen de la [min.] alícuota [ml] 14.01 35.07 56.03 77.01

6 6 6 6

Volumen de HCl [ml] 0.8 0.7 0.5 0.5

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

C NaOH 

Vtitulado * C HCl Vali cot a

X A  1

CA C A,o

CNaOH (M)

XA

0,0133

0,867

0,0116 0,0083 0,0083

0,884 0,917 0,917

Conversión teórica Utilizando la ecuación de diseño de un tanque de mezcla completa podremos calcular el grado de conversión.

FA,o X A   rA V XA = ((-rA)*V)/ FAO XA = ((-rA)*V)/ CAO*φV XA = k* CAO2*(1-XA)2*V/ CAO*φV XA = k* CAO *(1-XA)2*τ τ=

V 1L 1 min = ∗ = 8.33 min φA + φB 2 ∗ 10−3 [L] 60 s s k = 7,705

L mol ∗ min

XA = 7,705

L mol × 0,1 × (1 + X)2 × 8.33min mol ∗ min L X = 6.41 × (1 − 2X + X 2 ) XA = 0.67

Tabla de Variación del Grado de Conversión Teórica y Experimental Grado de conversión

Grado de conversión

experimental

teórica

0,87

0,67

% Diferencia

29.85

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 

Con los resultados obtenidos de forma experimental y teórica se pudo realizar la comparación del grado de conversión para la reacción de saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio, obteniendo como resultado un porcentaje de variación del 30,16 %



Se pudo observar que el grado de conversión experimental resulta ser un valor mayor al teórico, lo cual conlleva a la presencia de una serie de errores sistemáticos.



Finalmente se verifico el funcionamiento de un reactor tanque agitado continuo en estado estacionario, analizando el grado de conversión del mismo apara la reacción especificada bajo determinadas condiciones. Mediante este estudio se podrán realizar comparaciones posteriores para la misma reacción con la diferencia en el tipo de reactor a utilizar.

7. BIBLIOGRAFÍA 

FOGLER H. S.

(2001)

“Elementos de Ingeniería de las Reacciones

Químicas”, 3a. ed. Pearson Educación, México 

OCON GARCIA J., (1981) “Cinética de las Reacciones Químicas” 1.a ed. Staley M. Walas



SERGIO C. CARBALLO “Diseño de Reactores II “



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

Nueva Cork