Funcionamiento De Reactores En Serie Cascada De Dos Tanques

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TEGNOLOGIA ING. EN QUIMICA

FUNCIONAMIENTO DE REACTORES EN SERIE CASCADA DE DOS TANQUES INFORME N°8-GRUPO 6 ESTUDIANTES: -

Cardenas Candia Rafael Coca Heredia Danilo Daniel Espejo Pomacusi Vilma Sejas Cartagena Jorge Pablo Zurita Macias Selina

DOCENTE: ING. López Arze Javier Bernardo

MATERIA: Lab. De Reactores

CARRERA: Ing. Química

FECHA: 01/06/2018 COCHABAMBA-BOLIVIA

1. INTRODUCCION La cascada de dos tanques continuos donde los reactantes alimentan continuamente al primer tanque, desde el cual fluye a través del otro reactor en serie, manteniéndose una agitación adecuada en cada uno de ellos para lograr la uniformidad de concentración. 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General  Determinar el grado de conversión de la reacción de saponificación del acetato de etilo, operada en un sistema de tanques en serie en el estado estacionario a temperatura ambiente. 2.2. Objetivos Específicos  Realizar la calibración de los flujos de entrada y salida en el T.A.C.  Determinar los parámetros de agitación en el reactor.  Comparar los valores de conversión experimental con los valores teóricos.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3.1 Materiales y reactivos 3.1.1. Materiales - 1 Pipeta graduada de 10 mL. - 1 matraz aforado de 500 mL. - 1 matraz aforado de 50 mL. - 3 Matraces Erlenmeyer de 100 mL. - 1 Matraz Erlenmeyer de 1 L. - 2 Vasos de precipitación de 100 mL. - 1 Bureta de 50 mL - Soporte universal - Espátula - Pizeta - Pinzas - Pera - Soportes de recipientes con reactivos.

3.1.2. Reactivos e Insumos - Acetato de etilo - Hidróxido de sodio - Ácido clorhídrico concentrado - Agua destilada - Agua potable - Fenolftaleína 3.1.3. Equipos - Reactor Tanque Agitado continuo (TAC) - Agitador - Cronómetro - Balanza Analítica - Motor eléctrico

3.2. Preparación de las soluciones Inicialmente se procedió a la preparación de las soluciones de Acetato de Etilo de Hidróxido de Sodio, así como también la solución de ácido clorhídrico a emplear como titulante. Disolución de Acetato de Etilo Para preparar 5 litros de una solución con una concentración 0.1 M de acetato de etilo se pipetearon aproximadamente 49,54 ml de la solución de acetato de etilo y se los vertió en un matraz aforado de 500 mL donde se le añadió suficiente agua destilada para completar su capacidad, procediéndose entonces a agitar la mezcla para homogeneizar la solución (dado que el acetato de etilo es hidrófobo). Posteriormente se añadió a esta solución los restantes 4,5 litros de agua destilada para lograr la concentración deseada. Disolución de Hidróxido de Sodio De igual manera, para lograr 5 litros de una solución con una concentración 0.1 M de hidróxido de sodio se pesaron 20 g de NaOH en un vaso de precipitado, se procedió a disolverlos con agua destilada y finalmente pasarlos a un matraz aforado de 500 mL para añadir agua hasta el enrase. Posteriormente se añadió a esta solución los restantes 4,5 litros de agua destilada para lograr la concentración deseada.

Disolución de Ácido Clorhídrico Para una concentración 0.1 M de ácido clorhídrico se pipetearon inicialmente 0,21 ml de HCl y se los vertió en un matraz aforado de 25 mL sobre un colchón de agua destilada, posteriormente se enrasó con agua destilada y se agitó para homogeneizar. 3.3. Desarrollo de la práctica 1. Primeramente se llenaron los tanques de alimentación con agua potable para así poder regular los flujos de salida de los dos tanques de alimentación (A y B). 2. Una vez definidos los flujos de cada tanque procedimos a unir las mangueras de ambos tanques e introducir la corriente a la entrada del primer reactor. 3. Se llenó entonces tanto el primer reactor como el matraz Erlenmeyer de un litro a fungir como segundo reactor con 0,7L de agua, inmediatamente succionar con ayuda de una jeringa de succión. 4. Seguidamente se debió también regular el flujo de salida del primer reactor hasta igualarlo al flujo total de entrada del mismo. 5. De la misma manera se regularon los caudales de entrada y salida del segundo reactor a fin de asegurar el estado estacionario del sistema de tanques. 6. Una vez regulados los flujos de alimentación se procedió a cerrar las llaves principales y vaciar toda el agua potable, para así poder remplazarla con los reactivos necesarios de alimentación. 7. De acuerdo a los flujos de alimentación se calcularon las concentraciones de cada reactante de acuerdo con las siguientes ecuaciones (Provenientes del balance de masa).

C A* ,o 

C A, o V

A

C B* ,o 

𝑪∗𝑨,𝟎 =

𝟎, 𝟏 [𝑴] ∙ 𝟏, 𝟒[𝒎𝑳/𝒔] = 𝟎, 𝟎𝟓 [𝑴] 𝟐, 𝟖 [𝒎𝑳/𝒔]

𝑪∗𝑩,𝟎 =

𝟎, 𝟏 [𝑴] ∙ 𝟏, 𝟒[𝒎𝑳/𝒔] = 𝟎, 𝟎𝟓 [𝑴 𝟐, 𝟖 [𝒎𝑳/𝒔]

C B , o V

B

8. El sistema de reacción será equimolar por lo tanto las concentraciones iniciales CA,o y CB,o tendrán un valor de 0.1 M. 9. Una vez determinadas las concentraciones se prepararon 5 litros de cada reactivo, es decir de acetato de etilo e hidróxido de sodio.

10. Una vez preparadas las soluciones de acetato de etilo e hidróxido de sodio, estas se cargaron a cada tanque respectivo de alimentación. 11. Se llenó asimismo el reactor y el matraz que fungir de reactor con 0,7 litros de agua destilada. 12. A continuación se encendió el motor de agitación 13. Abriendo las válvulas principales, se succionó inmediatamente con la jeringa el sifón de salida del reactor, poniendo en marcha el cronómetro. 14. Se armó también un sistema para la titulación de las alícuotas que se extraerían del segundo reactor. 15. Para ello se prepararon 50 mL de una solución 0,1 M de HCL y se cargó a la bureta. 16. A la brevedad de comenzado el funcionamiento de los reactores y una vez que la agitación en los mismos se hubo estabilizado se procedió a tomar la primera alícuota de 6 ml en la salida del reactor. 17. Colocando a la alícuota 2 gotas de indicador, se realizó la titulación de la misma y se registró el volumen gastado de HCl. 18. Este procedimiento de valoración se repitió en intervalos de aproximadamente 2 minutos hasta que el volumen de HCl consumido fue constante.

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Flujo del tanque A A =

CA,o = 0.1

0.7

Flujo del tanque B B =

ml/s

CB,o =

M

0.1

0.7

M

Tabla de Reporte de Resultados del Reactor 2 Tiempo [min.]

Volumen de la alícuota [ml]

Volumen de HCl [ml]

3.,20 7,50

6 6

0,4 0,5

11,01

6

0,5

14,12

6

1

20,44

6

1,1

24,01

6

1,1

6

1,1

29,38

6

1,3

32,16

6

1,8

35,32

6

1,7

38,22

6

1,7

41,533

6

1,7

26,53

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

ml/s

Tabla de conversión experimental del Reactor 2

Tiempo [min.]

CNaOH [M]

XA

3.,20

0,0067

0,866

7,50

0,0083

0,834

11,01

0,0083

0,834

14,12

0,0167

0,666

20,44

0,0183

0,634

24,01

0,0183

0,634

0,0183

0,634

29,38

0,02167

0,566

32,16

0,03

0,4

35,32

0,028

0,44

38,22

0,028

0,44

41,533

0,028

0,44

26,53

Tiempo de residencia

 

𝜏=

V  A  B

1000 𝑚𝐿 = 714,286 𝑠 0.7 + 0.7 𝑚𝐿/𝑠 𝝉 = 𝟏𝟏. 𝟗𝒎𝒊𝒏

Conversión teórica para el primer reactor

 2 k  1  X A,1  1 k  0 X A2 ,1   1  1 k 

Resolviendo esta ecuación de segundo grado podremos conocer XA,1 del primer reactor:

𝐗 𝐀,𝟏 = 𝟎, 𝟒𝟖𝟔

Conversión teórica para el segundo reactor

 k  X A,1  2 k  1   X A, 2  2 X A2 , 2   2 0  k  k 2  2 

Utilizando el valor calculado de XA,1 podremos conocer XA,2 resolviendo esta ecuación de segundo orden: 𝐗 𝐀,𝟐 = 𝟎, 𝟔𝟎𝟓

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

Grado de conversión

% Diferencia

teórica 0,612

0,605

1%

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 





Se puede observar que la conversión experimental es un 20,33% mayor a la conversión teórica, indicando de esta forma la presencia de un error considerable, ya sea en la toma de datos como en el tratamiento matemático aplicado. La discrepancia existente entre las conversiones a diferentes tiempos, así como la falta de continuidad, demuestran que la agitación en los reactores tanques no se desarrolló de manera adecuada, siendo en la mayor parte del tiempo deficiente para mantener la homogeneidad entre datos. La importancia del empleo de reactores agitados en serie en la industria química queda demostrada, al verificar que el grado de la conversión mejora considerablemente obteniéndose así un máximo valor de manera rápida y en adición se trata de modelos fácilmente manipulables de acuerdo a parámetros geométricos y operativos.

6. BIBLIOGRAFÍA  FOGLER H. S. (2001) “Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas”, 3a. ed. Pearson Educación, México  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 York.  SCHIDT Lanny D. (1998) “The Engineering of Chemical Reaction” 2a. ed. Oxford University Press, New York  http://www.dicv.csic.es/docs/itq/itq1.pdf  http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/practicas/1.html