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Universidad Catlica del NorteFacultad de Ingeniera y Ciencias GeolgicasDepartamento de Ingeniera Qumica

Informe de Laboratorio ll:

REACTORES CONTINUOS EN SERIE

Nombre Alumnos: Alexis Alfaro S. Angie Hidalgo A. Yerka Inostroza E. Vincenzo Ortega G.Profesor: Rodrigo Rojas.Ayudante: Gean Araya.Fecha Laboratorio: 03/06/2105Fecha de Entrega: 17/06/2015 NDICE GENERAL

NDICE GENERAL2RESUMEN3CAPTULO I: Objetivos41.1OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS4CAPTULO II: Aspectos metodolgicos52.1 MATERIALES Y EQUIPOS52.2 REACTIVOS52.3DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO5CAPTULO III: Resultados y discusin8CAPTULO IV: Conclusin y Recomendaciones124.1 CONCLUSIN124.3 BIBLIOGRAFA13

RESUMEN

En esta prctica tiene como finalidad observar el comportamiento de la conductividad a travs del tiempo de tres reactores en serie CSTR, modificando su flujo de alimentacin en dos oportunidades, para la primera parte se trabaja con la bomba 6 rpm y la segunda a 8 rpm. Como principal objetivo de esta experiencia es encontrar el grado de conversin experimental de acuerdo a la conductividad encontrada en el estado estacionario.Con los coeficientes de conductividad obtenidos en la experiencia, ms los caudales se obtiene la velocidad de reaccin, permitiendo con este ltimo obtener el grado de conversin del NaOH en Acetato etilo en cada reactor.Para la bomba funcionando a 6 rpm da una conversin de 36.80%, 51.36% y 49.77% para los reactores 1, 2 y 3 respectivamente. Para la bomba funcionando a 8 rpm una conversin de 41.83%, 57.44% y 57.18% para los reactores 1, 2 y 3 respectivamente. Tras la obtencin de datos, y comparar con lo encontrado tericamente, para los reactores 2 y 3 se arrastra errores altos, se concluye que se obtendran mejor resultados si se espera el suficiente tiempo para apreciar con claridad el estado estacionario.

CAPTULO I: Objetivos

1.1 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS

El objetivo principal de este laboratorio es efectuar la puesta en marcha de tres reactores de mezcla completa en serie, en forma terica y forma experimental para la hidrolisis bsica del acetato de etilo.Como objetivos especficos se requiere: Determinar el efecto en el grado de conversin del flujo de alimentacin en diferentes condiciones (Agitacin, volumen y concentracin de alimentacin). Determinar las conversiones tericas y experimentales par cada reactor en estado estacionario.

CAPTULO II: Aspectos metodolgicos

2.1 MATERIALES Y EQUIPOSPara realizar la experiencia fue necesario tener: 2 pipetas de 5 mL. Probeta de 25 mL. Probeta de 1000 mL. Termmetro. Balanza analtica. Varilla de agitacin. Bidn de 10 Lt. Cronometro. Vaso precipitado 4 Lt. 2.2 REACTIVOS

Hidrxido de sodio (NaOH) Acetato de etilo (EtAc) Agua destilada

2.3 DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO

Se comienza por calibrar las dos bombas que van incorporadas en el equipo para que operen con un flujo similar, para lograr calibrar se toma 3 diferentes caudales para cada bomba, as obtener una grfica de comportamiento del volumen a travs del tiempo para posteriormente obtener caudales iguales para ambas bombas. Ya teniendo las dos bombas calibradas, se comienza la primera y segunda parte en la cual consiste en obtener un comportamiento de conductividad a travs del tiempo.

La primera parte de la experiencia se comienza eligiendo un caudal para cada bomba, se elige trabajar la bomba a 6 rpm. Se agregan los reactantes de Hidrxido de sodio 0.05 [M] y Acetato de Etilo 0.05 [M] a los estanques de alimentacin de 5 [litros] de los tres reactores, paralelamente en el computador debe estar listo con el programa para obtener datos de conductividad v/s tiempo a medida que transcurre la reaccin. A medida que avanza la experiencia se van recolectando los datos obtenidos de conductividad a travs del tiempo y la temperatura de cada uno de los tres reactores hasta llegar a un estado estacionario. La segunda parte funciona de igual manera que la primera, pero se elige que la bomba trabaje a 8 rpm.Se agregan los mismos reactantes a mismas concentraciones (Hidrxido de sodio 0.05 [M] y Acetato de Etilo 0.05 [M]) y se repite el mismo procedimiento. Se obtienen los datos de conductividad a travs del tiempo y la temperatura de cada uno de los tres reactores (gracias al programa computacional) hasta llegar a un estado estacionario.La tercera parte, consiste en calibrar la conductividad de los reactores, se comienza con verter en los tres estanques agua destilada hasta superar el nivel del sensor, y tomando la conductividad obtenida para cada reactor. Luego se preparar una solucin de Hidrxido de sodio 0.025 [M] en la cual de igual manera se vierte en los tres estanques hasta superar el nivel del sensor tomando los datos de conductividad obtenidos para los 3 reactores.

Equipo de reactores CSTR en serie

Flowsheet del equipo armfield

CAPTULO III: Resultados y discusin

Para calibrar las bombas en el equipo se obtiene un promedio de 3 caudales diferentes para cada bomba para luego graficarlas y ver su comportamiento lineal.

Tabla 1: Caudales obtenidos para bomba #1

Tabla 2: Caudales obtenidos para bomba #2

Grafica 1: Volumen vs tiempo para bomba #1

Grafica 2: Volumen vs tiempo para bomba #2

Grafico 3: Conductividad v/s tiempo experiencia 1.

Grafico 4: Conductividad v/s tiempo experiencia 2.

Al sacar las concentraciones de acetato e hidrxido, se logra obtener su velocidad de reaccin y conversin de la hidrolisis de NaOH.

Para 6 rpmPara 8 rpm

-rA1 [mol/L s]9.35E-06-rA1 [mol/L s]1.48E-05

-rA2 [mol/L s]1.31E-05-rA2 [mol/L s]2.04E-05

-rA3 [mol/L s]1.26E-05-rA3 [mol/L s]2.03E-05

XA10.3680XA10.4183

XA20.5136XA20.5744

XA30.4977XA30.5718

Tabla 3: Resultados de conversin y velocidad cinemtica para la hidrolisis del NaOH para distintas velocidades de flujo en forma experimental.

6 RPMXA1XA2XA3

Experimental0.36800.51360.4977

Terico0.54940.26510.0383

% Error33.0293.721199.40

8 RPMXA1XA2XA3

Experimental0.41830.57440.5718

Terico0.49490.20170.0039

% Error15.48184.7914561.01

Tabla 4: Conversin Experimental y Terica.

Al analizar los resultados obtenidos, se puede apreciar que ocurre una anomala en las conversiones del reactor 2 y 3, ya que era de esperar que la conversin siguiera aumentando, sin embargo, puede que haya afectado el hecho que no se esper el suficiente tiempo para apreciar en las grficas 3 y 4 el estado estacionario de dichos reactores. Esto tambin arrastra el error en parte para el clculo de la conversin terica, viendo la tabla comparativa entre la conversin terica y experimental, donde ms porcentaje de error se aprecia es los reactores 2 y 3.

CAPTULO IV: Conclusin y Recomendaciones

4.1 CONCLUSIN

Por las anomalas para los clculos en el reactor 2 y 3 se concluye que obtendran mejor resultados si se espera el suficiente tiempo para apreciar con claridad el estado estacionario. Se logra determinar las velocidades de reaccin para diferentes flujos de alimentacin, obteniendo una variacin en el tiempo para alcanzar el estado estacionario. A medida que la mezcla avanza por los reactores su conductividad va disminuyendo. Las concentraciones de NaOH va disminuyendo en cada reactor.

4.3 BIBLIOGRAFA

Levenspiel, Octavie. Ingeniera de las reacciones qumicas. Editorial Reverte. 2da ed

Ejemplo de clculosCalibracin de flujo de bombas Para la primera parte, se obteniendo la ecuacin lineal de la bomba #1 se elige una velocidad de bomba para poder calcular el caudal de la primera bomba usando la regresin lineal obtenida.De la bomba #1:

Eligiendo una velocidad de 6

Despejando de la ecuacin lineal de la bomba #2 se remplaza Y y se saca la velocidad de la bomba #2 calibrada con la bomba #1

Despejando x

Obteniendo el mismo caudal para la bomba 1 y bomba 2 para poder comenzar a realizar el laboratorio.

Para la segunda parte, se obteniendo la ecuacin lineal de la bomba #1 se elige un caudal para poder calibrarla para la bomba dos.De la bomba #1:

Eligiendo un caudal de 8

Despejando de la ecuacin lineal de la bomba #2 se remplaza X y se saca el caudal de la bomba #2 calibrada con la bomba #1

Despejando Y

Por consiguiente, para tener los mismos caudales de alimentacin la bomba 1 trabajar en el nivel 6, mientras la bomba 2 lo har a 6,09. En la segunda experiencia se trabajara en nivel 8 la bomba 1, mientras q la bomba 2 lo har a 8,06.

Bomba 1Bomba 2Caudal [ml/s]

66,090,7116

88,060,9924

Calculo de conversin y velocidad de reaccin.

Datos para 6 rpmDatos para 8 rpm

CAi [mol/L]0.05CAi [mol/L]0.05

CBi [mol/L]0.05CBi [mol/L]0.05

A [L/s]0.0004A [L/s]0.0005

B [L/s]0.0004B [L/s]0.0005

CA0 [mol/L]0.025CA0 [mol/L]0.025

V [L]0.7V [L]0.7

[s]983.70 [s]705.36

T [C]24T [C]24

t EE [s]2110t EE [s]3260

Tabla 5: Datos iniciales para ambas experiencias.Calculo cintica de reaccin para flujo 1, en el reactor n 1 en estado estacionario.Calculo concentracin inicial de NaOH.

Entonces:

Calculo de concentracin de acetato de sodio.Se tiene:T=24c = 297 K

Calculo Concentracin para salida Reactor 1

Calculo de velocidad de reaccinLa ecuacin de diseo est dada por:

Entonces:

Clculo constante cintica La ecuacin cintica resulta Como la alimentacin es equimolar, se tiene

Calculo de conversin de A experimental en cada reactorPara reactor 1:

Se tiene:

Clculo conversin de A terica en cada reactor a flujo constante

Para este caso se utiliz el valor de a 24 C terico (informacin dada por el ayudante) Para el primer reactor:

Entonces: 983.70*0.11*0.025*(1- XA1)2 = XA1

XA1=0.5494

Para el segundo reactor:

Entonces: 278.83*0.11*0.016*(1- XA2)2 = XA2XA2=0.2651Para el tercer reactor:

Entonces: 31.39*0.11*0.012*(1- XA3)2 = XA3XA3=0.2651

Tablas realizadas en Excel con datos para los clculos.Estado Estacionario para 6 RPM

Reactor 1Reactor 2Reactor 3

Ks [mS]4.1797Ks [mS]3.6426Ks [mS]3.7012

CC1 [mol/L]0.0092CC2 [mol/L]0.0128CC3 [mol/L]0.0124

CA1 [mol/L]0.0158CA2 [mol/L]0.0122CA3 [mol/L]0.0126

-rA [mol/L s]9.352E-06-rA [mol/L s]1.3052E-05-rA [mol/L s]1.2648E-05

k [L/mol s]0.0375k [L/mol s]0.0523k [L/mol s]0.0507

XA10.3680XA20.5136XA30.4977

Estado Estacionario para 8 RPM

Reactor 1Reactor 2Reactor 3

Ks [mS]3.9941Ks [mS]3.4180Ks [mS]3.4277

CC1 [mol/L]0.0105CC2 [mol/L]0.0144CC3 [mol/L]0.0143

CA1 [mol/L]0.0145CA2 [mol/L]0.0106CA3 [mol/L]0.0107

-rA [mol/L s]1.4825E-05-rA [mol/L s]2.0359E-05-rA [mol/L s]2.0265E-05

k [L/mol s]0.0701k [L/mol s]0.0963k [L/mol s]0.1853

XA10.4183XA20.5744XA30.5718