LIQ 4 Práctica 3 CSTR - Práctica 3 LIQ 4. Reactor continuo de tanque agitado (CSTR) PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DEMÉXICO“FACULTAD DE QUÍMICA”SEMESTRE 2019-Laboratorio de Ingeniería Química IVPráctica 3. Reactor continuo de tanque agitado(CSTR).INTEGRANTES:~ Fuentes Cervantes Alan~ García López Alejandro~ Ramon Montejo Grecia Carolina~ Tams Galvan Arturo AdriánFecha de entrega 19/...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO “FACULTAD DE QUÍMICA”

SEMESTRE 2019-1 Laboratorio de Ingeniería Química IV

Práctica 3. Reactor continuo de tanque agitado (CSTR).

INTEGRANTES: ~ Fuentes Cervantes Alan ~ García López Alejandro ~ Ramon Montejo Grecia Carolina ~ Tams Galvan Arturo Adrián Fecha de entrega 19/10/2018 Problema: Establecer un arreglo de reactores de tanque continuo agitado con volumen total de 600 mL, así como sus condiciones de operación (flujo de entrada y

temperatura), para obtener al menos 40% de conversión y 16 mg/min de acetato de sodio producido.

Hipótesis: Se obtendrá una mayor producción de acetato de etilo a mayor tiempo de residencia y mayor volumen, por lo que, a mayor flujo de alimentación, menor conversión.

Fundamento teórico: Un Reactor Químico es el dispositivo donde ocurre un cambio en la composición debido a la reacción química. Por lo tanto es cualquier recipiente donde ocurre una reacción química.

·

SISTEMA HOMOGNEO: Aquel que presenta una sola fase y por tanto su composición es idéntica en cualquier parte del sistema.

·

SISTEMA HETEROGNEO: Cuando se requiere la presencia de ms de una fase para que la reacción se lleve a cabo.

Podemos clasificar los tipos de reacciones en: ·

REACCIN HOMOGNEA: Involucra una sola fase.

·

REACCIN HETEROGNEA: Cuando se requiere ms de una fase para que la reacción se lleve a cabo. Por lo tanto, puede Involucrar ms de dos fases.

Podemos encontrar reactores que operen con reacciones heterogéneas u homogéneas. Dentro de los reactores heterogéneos, los reactores catalíticos, que operan con la presencia de catalizador, y los reactores no catalíticos. Al existir ms de una fase se deben tomar en cuenta los fenómenos de transferencia de masa y energía. Los reactores continuos tanque agitado se usan normalmente para llevar a cabo reacciones en fase líquida, tanto en el laboratorio como a escala industrial. Sin embargo, también se usa para llevar a cabo reacciones en fase gas sobre todo cuando son reacciones catalizadas por un sólido y para sistemas de reacción sólido-líquido-gas (S-L-G).

Reactor continuo de tanque con agitación Descripción del proceso: 1.

Preparar las siguientes disoluciones: 1L de acetato de etilo 0.02 M, 1L de NaOH 0.02M, 500 mL de HCl 0.005 M.

2. Establecer un arreglo con los reactores a volumen de 600 mL. Ver Figura 1. 3. Establecer 1 flujo volumétrico de 27 mL/min. 4. Una vez establecido el flujo, alimentar las disoluciones de los reactivos a los reactores según el arreglo seleccionado. 5. Tomar muestras de 5 mL a la salida del segundo reactor; agregue unas gotas del indicador (fenolftaleína) y titule con la disolución de HCl 0.005N hasta tener el estado estacionario, sin detener el equipo, tome las muestras de 5 mL en el primer reactor y titule. Figura 1. Arreglo con 3 reactores y 27 mL/min.

Esquema de reacción:

Datos experimentales y calculados:

Cuestionario 1. Gráfica 1: Para cada arreglo elaborar una curva de conversión final teórica de NaOH contraflujo. Incluir los puntos determinados experimentalmente. Explicar el comportamiento observado.

2. Gráfica 2: Para cada arreglo, elaborar una curva de producción final teórica de acetato de sodio contra flujo. Incluir los puntos determinados experimentalmente. Explicar el comportamiento

observado.

3. Para cada arreglo, evaluar el porcentaje de error obtenido entre los valores teóricos de conversión y producción contra los obtenidos experimentalmente. Explicar las diferencias observadas

1° ARREGLO

2° ARREGLO

ERROR (CONC)

ERROR (PROD)

ERROR (CONC)

ERROR (PROD)

7%

0%

0%

0%

6%

0%

691%

83%

5%

9%

123%

55%

51%

34%

Al desarrollar la práctica notamos que hubo mucho error en la experimentación del segundo arreglo, debido a errores humanos, sin embargo analizando los datos es más eficiente el

segundo arreglo.

4. Determine la conversión total a cada condición de operación establecida y para cada arreglo.

1° Arreglo

2° Arreglo

Conversión

Conversión

0%

-11%

6%

33%

12%

59% 5. De acuerdo con sus resultados experimentales, ¿cuál fue el mejor arreglo (indicar sus condiciones de operación) encontrado? El segundo arreglo tuvo un error muy grande, sin embargo aún así se logra marcar la eficiencia respecto al aumento de temperatura, la reducción del flujo y el volumen en cada etapa respecto al primer arreglo. 6. Describir las ventajas y desventajas del mejor arreglo encontrado, así como de sus condiciones de operación.

Ventajas

Desventajas

Aumenta la producción. Maneja un flujo más lento.

Dificultad para mantener la temperatura

7. Gráfica 3: Para el mejor arreglo encontrado, elaborar una curva de conversión de NaOH contra número de reactor. Explicar el comportamiento observado.

Se muestra una función creciente a razón del el número de reactores, es decir que la parte que sigue sin convertirse termina de reaccionar en el siguiente reactor, aumentando así la eficiencia mediante el conjunto y no de manera individual. 8. Gráfica 4: Para el mejor arreglo encontrado, elaborar una curva de producción de acetato de sodio contra número de reactor. Explicar el comportamiento observado.

La producción fue aumentando con el número de reactor. 9. Elabore una gráfica de producción del acetato de sodio (mg/min) versus flujo volumétrico para cada arreglo.

10. ¿ Cómo varía la producción del acetato de sodio en función al flujo volumétrico, tiempo de residencia y en arreglo? Para esta reacción en específico, varía de forma cuadrática como lo muestra la siguiente expresión:

Donde θ =Tiempo de residencia que a su vez depende del flujo volumétrico V/Q Co = Concentración de entrada. Cs = Concentración de salida.

11. A partir del balance de materia y de los datos de la Tabla. 1 determinar el valor de la rapidez de reacción para cada reactor (de todos los arreglos). A 318.15 K

A 296.15 K

12. Gráfica 5. Trazar los logaritmos de rapidez de reacción contra la concentración a la salida de cada reactor. ¿ Que representa la pendiente y la ordenada al origen de esta gráfica? Según los siguientes datos:

K

Ln K

Concentración a la salida.

401.5737991

5.99539132 5

9.50E-04

111.6602652

4.715460915 3.68E-03

Donde la pendiente significa y la ordenada al origen es

13. Explique el comportamiento que presenta la rapidez de reacción en

cada arreglo y condición de operación. R= A una temperatura mayor, la rapidez de la reacción es más alta, esto se debe a que la reacción es endotérmica y requiere una alta energía de activación. Entonces, el sistema que tiene una temperatura mayor tiene una constante de rapidez más alta que la del otro sistema como era de esperar.

14. Con los resultados obtenidos, estimar un arreglo, (y sus condiciones de operación ) que permita obtener 80% de conversión y 32 mg/min de acetato de sodio.

Condiciones de operación T

23°C-23°C-45°C

F

54.2

V

600

Ca

1.8

X

80%

Producción

32

15.¿Con los resultados obtenidos es posible obtener producciones mayores a 19 mg/min? Si, variando el flujo se pueden obtener producciones mayores a las esperadas.

Conclusiones: El uso de un reactor CSTR implicó controlar la variable (de volumen constante), la cual experimentalmente es dificil de controlar. De igual manera, no se puede detener la reacción entre el momento de tomar la muestra y el momento en que la misma se titula, por lo que esta sigue reaccionando, y también uno de los factores que influyen en los resultados es la temperatura a la cual se está llevando a cabo la reacción. Por lo tanto, los datos obtenidos experimentalmente y teóricamente no se ajustan exactamente, por las variables que en la parte experimental no se controlaron rígidamente.

Bibliografía. ·

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/IntroReactores_10564.pdf...