Efecto De Mezclado En Cstr

3.- Marco teórico 3.1 Dilución del NaCl Las soluciones electrolíticas son aquellas cuyo soluto, electrolitos, tienen la capacidad de disociarse en iones componentes. Son los únicos conductores de la electricidad. Cuando un electrolito se disuelve en agua, sus moléculas se separan en partículas cargadas eléctricamente denominadas iones. Las moléculas de NaCl (sólido), al disolverse en H2O (líquido) se ionizan y +¿ −¿ transforman en Na ¿ (acuoso) y Cl ¿ (acuoso), siendo los iones los que quedan en estado líquido, desapareciendo prácticamente todas las moléculas originales por ser un electrolito fuerte.

Figura 1.- Disociación del NaCl en Agua

En la dilución del NaCl, así como en cualquier dilución, el tiempo que tarda en disolverse cada partícula sólida en el disolvente y distribuirse en todo el sistema, hasta alcanzar el equilibrio, depende de las características del medio sólidolíquido y las condiciones de operación que favorezcan la distribución de los iones formados. En la mayor parte de las aplicaciones un tanque real con agitación, cuando está suficientemente agitado, puede considerarse que se aproxima suficientemente al flujo ideal de mezcla completa. Dependiendo de la eficiencia del mezclado se podrán alcanzar en el menor tiempo posible la concentración promedio en estado estacionario de los iones presentes en el sistema. 3.2 CSTR (reactor continuo de mezcla perfecta) Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada de tal manera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto,

se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del reactor. La ecuación de diseño de un reactor de mezcla completa es: V=

Fa0∗Xa −ra

Donde:    

V es el volumen del reactor Fa0=flujo molar del reactivo límite Xa=conversión de A y ra= velocidad de reacción de A

Las desviaciones del comportamiento ideal pueden originarse por la formación de canalizaciones, recirculación o por formación de zonas estancadas; las cuales se presentan por la inadecuada selección de los medios de agitación, empleados para el logro del mezclado. El objetivo de evaluar las desviaciones de la idealidad reside en la determinación cuantitativa de la conversión de materia prima a productos. Una forma de evaluar cuánto tiempo permanece cada una de las moléculas en el recipiente es determinando la Distribución de Tiempos de Residencia (DTR). La DTR muestra las condiciones hidrodinámicas que ocurren en los reactores. 3.3 Modelo de tanques en serie Este modelo se utiliza cada vez que se emplea el modelo de dispersión, y cuando la desviación respecto del flujo pistón no es demasiado grande ambos modelos dan resultados idénticos para cualquier propósito práctico. El modelo de dispersión tiene la ventaja de que todas las correlaciones para el flujo en reactores reales utilizan invariablemente este modelo. Por otra parte, el modelo de tanques en serie es sencillo, puede utilizarse con cualquier cinética y puede extenderse sin demasiada dificultad a cualquier arreglo de recipientes o compartimentos, con o sin recirculación. Se define t θ´t = =tiempo adimensional basado en el tiempo promedio de residensia ´t ´t

t θ= =tiempo adimensional basado en el tiempo promedio de residensia en todoslos N tanques , ´t ´t Figura 2.- Modelo de tanques agitados

El

número de tanques en serie necesarios para modelar el flujo real se puede calcular mediante el cálculo de la varianza adimensional de un experimento con trazador:

Ec(1)

Tiempo de residencia promedio se puede evaluar a partir de la curva E(t):

Ec(2) O mediante la ecuación:

Ec (3) El reactor de tanque real con agitación puede utilizarse como reactor discuntinuo y como reactor de flujo continuo, y si el modelo de flujo en estas dos disposiciones no es demasiado diferente, puede emplearse las pruebas trazador en cualquiera de ellas.

4.- Objetivos

Aplicar el modelo de tanques agitados conectados en serie para evaluar el efecto de mezclado en la distribución de Na+ y Cl- en agua. Determinar el tiempo de residencia y la concentración de iones presentes en el tanque agitado. Cuestionario 8.3.-Determinar la velocidad con la que desciende la señal periódica (vida media) y responda la siguiente pregunta: ¿Es posible determinar si el tiempo de descenso es mayor que el tiempo de retorno? Se tienen los siguientes datos de concentración con respecto al tiempo. 0.01 0.01 0

C

0 C (g/ml)

0 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

t (s)

Tabla

8.1

Datos

de

concentración de la columna 1 t(s) 0

µS 680

5

982

10

1062

15

1095

20

1126

25

1104

30

1116

C (g/ml) 0.0029021 1 0.0047940 5 0.0052952 2 0.0055019 6 0.0056961 6 0.0055583 4 0.0056335

Grafico 8.1 Concentración Vs tiempo de la columna 1

35

1113

40

1119

45

1106

50

1115

55

1111

60

1112

65

1110

70

1104

75

1123

80

1114

2 0.0056147 2 0.0056523 1 0.0055708 7 0.0056272 5 0.0056021 9 0.0056084 6 0.0055959 3 0.0055583 4 0.0056773 7 0.0056209 9

0.01 0.01 0.01 0

C(g/ml)

0 0 0 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

t (s)

Tabla

8.2

Datos

de

concentración para la columna 2 t(s) 0

µS 757

5

1119

10

1116

15

1119

20

1120

25

1117

30

1117

35

1115

40

1164

45

1141

50 55

1034 1128

60

1068

65

1074

C(g/ml) 0.0033844 9 0.0056523 1 0.0056335 2 0.0056523 1 0.0056585 7 0.0056397 8 0.0056397 8 0.0056272 5 0.0059342 2 0.0057901 3 0.00511981 0.0057086 9 0.0053328 1 0.0053704

Grafico 8.2 Concentración Vs tiempo de la columna 2

70

1093

0.0054894 3

Determinar el tiempo de residencia promedio a partir de la ecuación (5). Ec (5)

Para la columna 1 Se toman los datos de la tabla 8.1 y se sustituyen en la ec.5

´t = 104.953015 =27 .5544819 s . 3.8089 Para la columna 2 se toman los datos de la tabla 8.2 y se sustituye en la ecuación 5. ´t = 69.904 =24.0146709 s . 2.9108 Como se puede observar no se obtiene un descenso en la concentración con respecto al tiempo por tanto no se podría determinarse si la velocidad de descenso es mayor al de retorno.

8.4.- Determine la concentración de iones presentes en el tiempo de residencia obtenido anteriormente. Con ayuda de las tablas 8.1 y 8.2, se hace una interpolación para obtener la concentración en el tiempo medio obtenido para cada columna respectivamente. En la columna 1

 

tm=27.5544819 s C=0.005596747 g/ml

En la columna 2  

tm=24.0146709 C=0.005643484 g/ml

Bibliografía: Levenspiel, Octave. Ingeniería de las reacciones Químicas. Edit. Reverté, España, 1988. Levenspiel, Octave. Ingeniería de las reacciones Químicas. Tercera edición. Editorial Lymusa Wiley. México. 2004. Fogler Scott H. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. Cuarta edición. Editorial PEARSON EDUCACIÓN. México (2008).