TANQUE AGITADO(CCTR).docx

7/24/2019 TANQUE AGITADO(CCTR).docx

1/33

INTRODUCCION

El diseo del equipo para las etapas de tratamiento fsico se estudia al tratar las

operaciones unitarias. Desde el punto de vista econmico, es posible que esta

etapa carezca de importancia, ya que podra consistir tan slo en un tanque de

mezcla. Sin embargo, a menudo la etapa de tratamiento qumico es la parte

medular del proceso y la que hace o impide que el proceso resulte econmico.

Se utiliz un reactor tanque agitado y se evalu su funcionamiento con lahidrlisis del acetato de etilo a una temperatura de !"# en presencia de

hidr$ido de sodio %medio b&sico' a una concentracin de (.() *. +os reactivos

fueron impulsados a travs del reactor utilizando bombas, la cual se calibro

previamente.

+a conversin de la reaccin, se monitore mediante una tcnica conductimtrica,

tomando inicialmente la conductividad del -a/ y las posteriores

conductividades que presentaba al ir reaccionando con el acetato de etilo. Se

finaliz esta prueba cuando se alcanz el equilibrio %conductividad constante'.

TANQUE AGITADO Pgina 1


2/33

HIDRLISIS DEL ACETATO DE ETILO EN MEDIO

BSICO EN UN REACTOR TANQUE AGITADOI.OBJETIVOS

determinar la constante de velocidad de una reaccin de hidrlisis delacetato de etilo con una solucin de hidr$ido de sodio.

determinar la variacin de la conductividad en relacin al tiempo determinar la variacin de la concentracin del -a/ y del #/01##/!

en relacin al tiempo. determinar la variacin de la conversin de -a/ y del #/01#-a en

relacin al tiempo.

II.MARCO TEORICO

2.1. REACTOR TANQUE AGITADO

El reactor de tanque agitado continuo %#S23' consta de un tanque con unaagitacin casi perfecta, en el que hay un flu4o continuo de material reaccionante ydesde el cual sale continuamente el material que ha reaccionado %materialproducido'. +a condicin de agitacin no es tan difcil de alcanzar siempre y

cuando la fase lquida no sea demasiada viscosa.

El propsito de lograr una buena agitacin es lograr que en el interior del tanquese produzca una buena mezcla de los materiales, con el fin de asegurar que todoel volumen del recipiente se utilice para llevar cabo la reaccin, y que no e$istan oqueden espacios muertos.

Se puede considerar que la mezcla es buena o casi perfecta, si el tiempo decirculacin de un elemento reactante dentro del tanque es alrededor de unacentsima del tiempo promedio que le toma al mismo elemento para entrar y salir

del reactor.

2.2. CONSIDERACIONES PREVIAS AL MODELAMIENTO

5ara remover el calor de la reaccin, el reactor es rodeado por una c&mara atravs del cual fluye un lquido refrigerante. Debemos tener las siguientesconsideraciones6

+as prdidas de calor circundantes son despreciables

+as propiedades termodin&micas, densidades, y las capacidades calorficasde los reactantes y los productos son ambos iguales y constantes *ezcla perfecta en el 3eactor



3/33

2emperaturas 7niformes en ambas #&maras 8ol9menes #onstantes 8, 8c

2eniendo en cuenta todas estas consideraciones definamos las variables y lospar&metros para nuestra planta o proceso.

8ariables independientes %variables de entrada'61 :lu4o del 5roducto ;6 f %t'1 :lu4o del +quido 3efrigerante6 fc %t'

8ariables dependientes %variables de salida'61 #oncentracin del 5roducto Sobrante ;6 #;%t'1 2emperatura en el 3eactor6 2%t'

1 2emperatura del +iquido 3efrigerante6 2c%t'5erturbaciones medibles61 #oncentracin del producto ; en la entrada del 3eactor #;i %t'1 2emperatura de Entrada del producto ;6 2i %t'1 2emperatura del +iquido 3efrigerante a la Entrada6 2ci%t'

Figur N!!1Diagrama esquem&tico de un reactor tanque agitado

2.". ECUACION DE DISE#O



4/33

5ara una reaccin de orden

Si se utilizan cantidades equimoleculares de reactantes #;(+

+una de relo4

=agueta

8asos precipitados

Figur N&!2 Figur N&!"

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0iFu'()' i()'r(')

Figur N&! Figur N&!



5/33

Fu'()' i()'r(')Fu'()' i()'r(')

EQUIPO

3eactor #E= *? @@ ;rmfield

Figur N&!3

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i

".2.1. E40'i5ii-('4 )6(i4



6/33

+a serie de tres reactores est& diseada para enca4ar de manera intercambiableen la 7nidad de servicio de reactores qumicos comunes %#EA'. #ada reactor est&montado sobre una base de 58# que se fi4a a la unidad de servicio por medio detuercas de mariposa.

+os servicios apropiados, por e4emplo como bombas de alimentacin de reactivo,sistema de recirculacin de agua caliente y la instrumentacin para laconductividad y la medicin de la temperatura est&n conectados al reactor, ypuede ponerse en marcha.

5ara el control de la temperatura, el #E* *B@@ y #E= reactores *Bll utilizanserpentines sumergidos a travs de la cual se hace circular el calentador deagua, el *B@@ serpentn del reactor #E2 es en s mismo sumergido en el agua detemperatura controlada dentro de la vasi4a del reactor.CEM MkII y CEB reactores Mkll cada incorporan un agitador accionado por un

montado en la tapa del motor elctrico para proporcionar mezcla eficaz.

REACTIVOS

/idr$ido de sodio Solucin acuosa de acetato de etilo

IV. PROCEDIMIENTO E7PERIMENTAL

5reparar ) litros de una solucin acuosa de -a/ (.() * y ) litros de una

solucin acuosa de acetato de etilo (.() *.

Figur N&!8

Fu'()'* E+,-ri/(0r-0i

Depositar cada solucin en los tanques de almacenamiento de reactivo del

equipo, a un nivel apro$imadamente de ! cm del tope.Figur N&!9



7/33

Fu'()'*E+,-ri/( 0r-0i

#alibrar previamente cada una de las bombas y fi4ar en cada caso el

control de velocidad de flu4o volumtrico de las bombas para un valor de

C( mlmin.

Figur N&!: Figur N&1!

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i

Establecer la velocidad del agitador a un valor de .(.

Encender el equipo, los controles de las bombas de alimentacin y los

agitadores en el modo manual e inmediatamente encender el

conductmetro y poner en marcha el cronmetro.

Figur N&11



8/33

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i

5roceder a la lectura de datos de la conductividad cada minuto hasta que

este se mantenga constante.

S-+ui/( ;' NOH !.!M

mNaOH=0.04mol

L 40

gr NaOH

mol =1.60

gr NaOH

L solucion

5ero necesitamos )+ de -a/, entonces pesamos >.C gr de -a/ por litro de

solucin y agregamos agua hasta enrasarlo en una fiola de >+, agitamos

suavemente hasta que el -a/ se disuelva.

Figur N&12

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i

S-+ui/( ;' '))- ;' ')i+- !.!M



9/33

Vacetato deetilo=0.04

mol

L 88.10

gr

mol

0.901gr

ml

=3.91ml acetato de etilo

L solucion

#on una pipeta sacamos 0.F> ml de acetato de etilo, luego lo colocamos dentro

de una fiola aforada de >+ y enrazamos con agua destilada.

Figur N&1"

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i

C+i,ri/( ;' +4 ,-((ml medir el tiempo transcurrido y recolectar el agua

obtener el valor promedio del flu4o repetir el procedimiento para las posiciones (, )(, C(,G(.

Figur N&1

Fu'()'* E+,-ri/( 0r-0i



10/33

V. OBSERVACIONES E7PERIMENTALES

En los reactores de tanque agitado, las soluciones deben estar a !cm

del por deba4o del tope. ;ntes de utilizar el tanque agitado, primero debemos de calibrar las

bombas con agua destilada.

VI. DATOS E7PERIMENTALES

*ediciones de la conductividad cada 0( segundos6

T,+ N&1



11/33

VII. RESULTADOS OBTENIDOS % CALCULOS EFECTUADOS

C+i,r.i/( ;' +4 ,-< CFml min %acetato de etilo'H < CFml min %hidr$ido de sodio'

#omo los valores de las conductividades disminuyen con el tiempo para la

grafica conductividad %I' vs tiempo %J' consideramos los valores

sombreados de celeste.

Figur N&1 =>? @4 =A?

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

2.55

2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

2.9

2.95

(seg)

> =


12/33

fB=69 ml

min=1.15x103

dm3

s

C-(.'()r.i/( ;' NOH '( '+ )(Bu' ;' +i


13/33

CB0=69

ml

min

69 ml

min+69

ml

minf

B

x 0.04mol

dm3=0.02

mol

dm3

#onsiderando adem&s la siguiente ecuacin

CA1=(CACA 0)x( 010)+CA0

#omo6 CA0=CB0

CA=CA0CB0=0

/allamos

0=A0

A0=conductividad de -a/ al inicio. mS

3eemplazando los valores

A0=195x [1+0.0184(294)]x CA0

A0=195x [1+0.0184(300294) ]x0.02

A0=4.18704 m!

/allamos=conductividad en el reactorinfinito , m!

=A0+C

A=195x [1+0.0184 (294)]x CA

A=195x [1+0.0184 (300294) ]x 0

A=0m!

/allamosC:

C=70x [1+0.0284(294 )]x C



14/33

#omoCA0=CB0 "C=CA0=0.02

mol

dm3

C=70x [1+0.0284(300294)]x0.02

C=1.55904m!

3eemplazando en la ecuacin6

=A0+C

=0m!+1.55904 m!=1.55904 m!

De los datos e$perimentales6

Pr "! 4 1=1.75m!

3emplazando en la ecuacin6

CA1=(CACA0)x ( 010)+CA0

CA1=(00.02 )x ( 4.187041.754.187041.55904 )+0.02

CA1=0.00145

mol

dm3

3eemplazando en la ecuacin6

XA=CA0CA1

CA0

XA=0.020.00145

0.02



15/33

XA=0.9273

Pr 3! 4 1=2.75m!

3emplazando en la ecuacin6

CA1=(CACA0)x ( 020)+CA0

CA1=(00.02 )x ( 4.330562.754.330561.63856 )+0.02

CA1=0.00906

XA=CA0CA1

CA0

XA=0.020.00906

0.02

XA=0.5468

peramos de la misma manera para todos los datos6



16/33

T,+ N&2

Debido a errores de los primeros valores tomaremos en cuenta los datos

desde los >G( segundos en adelante.



17/33

Figur N&13 .-(@'r4i/( ;' NOH @4

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11000.44

0.46

0.48

0.5

0.52

0.54

0.56

0.58

0.6

=4'g?

7A

C-('()ri/( ;'+ '))- ;' 4-;i-

De la reaccin es6

#/0##/!K -a/ #/0#-a K #/!/!


18/33

T,+ N&"



19/33

Figur N& 18 .-(@'r4i/( ;' NOH .'))- ;' 4-;i- @4

0 200 400 600 800 100012000

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

CNaOH

C CH3COONa

tiempo (segundos)

concentracion

C-(4)()' ;' @'+-i;; ;' r'i/(

#onocemos6

#=fA+ fB

V $

CA0CACA

2

3eemplazando los datos en la ecuacin6

83eactor(( ml < >. dm0

fA=69 ml

min=1.15x103

dm3

s

fB=69 ml

min=1.15x103

dm3

s



20/33

#;(< (.( * < (.(mol

dm3

#;< (.((G!0* < (.((G!0mol

dm

3

0.00853mol

dm3

#=1.15x10

3dm3

s +1.15x103

dm3

s

1.2dm3

$

0.02mol

dm30.00853

mol

dm3

#=0.30214 dm

3

mol$seg

VIII.ANLISIS DE LOS RESULTADOS

Debido a la sustitucin del in /, altamente conductor, por el ion ;# deconductividad moderada, cuando se mide la conductividad de la mezcla dereaccin, esta conductividad debe e$perimentar un acusado descensoconforme el tiempo aumenta es por eso que para realizar los c&lculoscorrespondientes no se tom en cuenta los C primeros datos de la tablaconstruida de los datos del laboratorio ya que mostraba un incremento en suconductividad.

En nuestra tabla de conversin de -a/, se observa un incremento de esta

conversin conforme tambin aumenta el tiempo, al graficarlas se obtiene unacurva pero no muy pare4a, debido a los errores de lectura.

+a gr&fica final que relaciona las concentraciones de -a/ y ;cetato de

Sodio con respecto al tiempo, se observa que no hay un comportamiento

pare4o de ambos, hay una variacin compar&ndola con el reactor =atch.



21/33

+a constante que se obtuvo fue de #=0.30214 dm

3

mol$seg , siendo esta

tambin de segundo orden.

I7.CONCLUSIONES

El valor de la constante de velocidad de reaccin %?' que se obtuvo

e$perimentalmente es de 0.30214 dm

3

mol$seg , siendo este una reaccin

de segundo orden.

#omparando las dos constantes de velocidad de reaccin tanto del reactor

=atch como del tanque agitado, se puede observar que en el reactor detanque agitado se obtiene mayor valor de ?.

En la e$periencia se observ que como las soluciones cargadas al reactor

se intercambian en el transcurso de la reaccin tienen conductividadesdistintas, la cintica de hidrlisis puede seguirse midiendo laconductividad de la mezcla de reaccin en funcin del tiempo.

7.RECOMENDACIONES

8erificar que el equipo funcione correctamente, as como tambin deben

estar bien calibradas las bombas de alimentacin.

5reparar correctamente las soluciones para una me4or obtencin de

resultados.

7I.BIBLIOGRAFIA % REFERENCIAS

+E8E-S5@E+ #2;8E M@ngeniera de las reacciones qumicasN 2erceraedicin, Editorial +imusa Oiley (().



22/33

#S2; +5EP, Q. y colaboradores M#73S DE @-RE-@E3@;H7@*@#;6 @ntroduccin a los 5rocesos, las peraciones 7nitarias ylos :enmenos de 2ransporteN Editorial 3everte. S.;>FF>, 5rimeraedicin.

http6.fing.edu.uyiqmaestriasDisenio3eactoresmaterialesnotas>

.pdf

http6.slideshare.net@srael#aballero>reactores1qumicosF>F0>

7II.APENDICE

T'('.dm0

:lu4o volumtrico del -a/ %f;'

f; .15 >(10 dm0 s

:lu4o volumtrico del #/0##/!%f='

f= .15 >(10 dm0 s

#oncentracin inicial del -a/ en el tanque de alimentacin %#;u'

#;u< (.()* < (.() moldm0

#oncentracin inicial del #/0##/! en el tanque de alimentacin %#=u'

#=u< (.()* < (.() moldm0

C-(@'r4i/( ;' NOH

#on los datos hacemos los siguientes c&lculos para luego hallar A;6

XA=CA0CA1

CA 0% $(1)

#;(< #oncentracin inicial del -a/ en el reactor

http://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdfhttp://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdfhttp://www.slideshare.net/IsraelCaballero1/reactores-qumicos9193771http://www.slideshare.net/IsraelCaballero1/reactores-qumicos9193771http://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdfhttp://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdf


23/33

/allamosCA0 y

CB0 con las siguientes relaciones6

CA0= fA

fA +fBCAu

UCB0=

fA

fA +fB CBu

3eemplazamos los datos y obtenemos6

CA0= 69ml /min

69ml/min+69ml /min0.04mol /dm3=0.02mol/dm3

CB0= 69ml /min

69ml /min+69ml/min0.04mol /dm3=0.02mol/dm3

#oncentracin del -a/ en el reactor para un tiempo V %#;>'

CA1=(CACA0 )(010

)+CA0 %(2)

CA #oncentracin del -a/ para un tiempo infinito, moldm0

#omo6CA0=CB0 CA =CA0CB0=0

1 < #onductividad del -a/ en reactor para un tiempo V, mS %+ectura del

conductmetro'

/allamos

0=A0

A0 < #onductividad del -a/ al inicio, mS

A0 < >F! W [1+0.0184(294 )]x CAo

A0 < >F! W [1+0.0184(298294)] W (.(



24/33

0 < A0 < ).>G()mS

/allamos

< conductividad en el reactor para un tiempo infinito. mS

=

A+

C ="?

A < #onductividad del -a/ para un tiempo infinito, mS

A = >F! W [1+0.0184(294 )] CA

A = >F! W [1+0.0184(298294)] 0

A =0m!

/allamosC < conductividad del #/0#-a para un tiempo infinito, mS

C= ( W [1+0.0284(294 )] C

C < concentracin del #/0#-a para un tiempo infinito, moldm

0

#omo6 CA0=CB0 C=CA0=0.02mol /dm3

C= ( W [1+0.0284(298294)] 0.02

C=1.55904m!

3eemplazamos en la ecuacin %0'6

=0+1.55904=1.55904 m!

&=30 s "1=1.75m!

3eemplazamos los datos calculados en la ecuacin %'6

CA1=

(C

AC

A0

)

(

0

1

0)+C

A0



25/33

CA1=(00.02 )( 4.187041.754.187041.55904 )+0.02

CA1=0.00145 mol /dm3

3eemplazamos en la ecuacin %>'6

XA=CA0CA1

CA0

XA=0.020.00145

0.02

XA=0.9273

&=60s "1=2.75m!


CA1=(CACA0 )(

0

1

0)+CA0

CA1=(00.02 )( 4.187042.754.187041.55904 )+0.02

CA1=0.00906 mol /dm3


XA=CA0CA1

CA0

XA=0.020.00906

0.02

XA=0.5468

L as sucesivamente hasta6



26/33

&=1050 s "1=2.68m!


CA 1=(CACA0 )(010

)+CA0

CA1=(00.02 )( 4.187042.684.187041.55904 )+0.02

CA1=0.00853 mol /dm3


XA=CA0CA1

CA0

XA=0.020.00853

0.02

XA=0.5735

C-('()ri/( ;'+ '))- ;' 4-;i-

/allar Ac

XC=C

1C

0

C

% $(4 )

C0 < #oncentracin inicial del #/0#-a en el reactor, moldm0 0

C1 < #oncentracin del #/0#-a en el reactor para un tiempo V, moldm0



27/33

C1=C

(01

0

)% $(5)

C< #oncentracin del #/0#-a en el reactor para un tiempo infinito,

moldm0

#omo6 CA0=CB0 C=CA0=0.02mol /dm3

&=30 s "1=1.75m!

3eemplazamos los datos calculados en la ecuacin %!'6

C1=C

(

0

1

0 )C

1=0.02( 4.187041.754.187041.55904 )

C1=0.0185 mol/dm3

3eemplazamos en la ecuacin %)'6

XC=C1C0

C

XC=0.01850

0.02

XC=0.9273

&=60s "1=2.75m!


C1=C

(01

0

)

C1=0.02( 4.187042.754.187041.55904 )



28/33

C1=0.0109 mol/dm3


XC=

C1C

0

C

XC=0.01090

0.02

XC=0.5468

L as sucesivamente hasta6

&=1020 s "1=2.68m!


C1=C

(01

0

)

C1=0.02( 4.187042.684.187041.55904 )

C1=0.0115mol /dm3


XC=C

1C

0

C

XC=0.01110

0.02

XC=0.5735

C-(4)()' ;' @'+-i;; ;' r'i/(*

De la ecuacin de diseo6



29/33

f

C

(A 0CA)

CA2

(A+ fB)V $#=

2enemos los siguientes datos6

83eactor(( ml < >. dm0

f; .167 >(10 dm0 s

f=< (mlmin < > .167

>(10 dm0 s

#;(< (.( * < (.( moldm0

#;m0da de una solucin deacetato de etilo (.!* al que se agrega una cantidad equimolecular dehidr$ido de sodio, a la temperatura de !"#, si se alcanza una conversindel!X.

+a estequiometria de la reaccin es la siguiente6

CH3

COOC2H

5OH( l )+NaOH(a' )" C H3COONa (l )+C2H5 OH(a')



30/33

L la constante de la velocidad de reaccin es igual a >>( cm0mol1s.

=. 3epetir los mismos c&lculos, se utiliza un e$ceso del >((X del hidr$idode sodio.

S-+ui/(*

?

CH3

COOC2H

5OH( l )+NaOH(a' )" C H

3COONa (l )+C

2H

5OH(a' )

r=#1 [ CA ]2

% % % % % % % % % ((eaccion de2doorden )

aA+)B " *roductos

rA=d CA

dt =# CA CB

CA=CA0(1XA )

CB=CA0(1XA )

rA=d CA

dt

=# CA0(1XA ) CA0 (1XA)

Sea6

+A0=12m

3

dia

dia

24 1

3600 seg1000

L

m3=0.1389

L

seg

#=110 cm

3

mols

1ml

cm3 0.001

L

ml=0.11

L

mols

R')-r Tu,u+r*:orma diferencial de la ecuacin de diseo.

0

v

dV=+A00

XA d XArA

0

v

dV=+A00

XA d XA

- CA02 (1XA)

2

@ntegrando



31/33

t= +A0

- CA02

[ 11XA]0.750

V= +A0

- CA02

[ 11XA 1

10 ]

V= 0.1389L/ s0.11L

mols (0.5.)2

[ 110.75 110 ]

V=15.1527L

R')-r )(u' gi);-*

Ecuacin de diseo6

V=+A0XA

(rA)

3emplazamos la velocidad de reaccin6

V=+A0 XA

- CA02 (1XA)

2

V=0.1389 L

seg

0.75

0.11 L

mols (0.5.)2(10.75)2

V=60.6109L

,? sea la velocidad de reaccin de segundo orden6

aA+)B " *roductos

rA=d CA

dt =# CA CB

CA=CA0(1XA )

CB=CA0(.XA)



32/33

Donde6

.=CB0

CA0=

20.50.5

=2

3eemplazando en la ecuacin

rA=d CA

dt =# CA0(1XA ) CA0 (2XA)

R')-r Tu,u+r*

:orma diferencial de la ecuacin de diseo6

0

v

dV=+A00

XA d XArA

3eemplazamos la velocidad de reaccin6

0

v

dV=+A00

XA d XA

- CA02

(1XA) (2XA )

@ntegrando

V= +A0

- CA02

[ ln 2XAln 1XA]0.750

V= +A0

- CA02

[ ln|2XA|ln|1XA|ln|20|ln|10|]

V= 0.1389L/ s0.11L

mols (0.5.)2

[ln|20.75|ln|10.75|ln|20|ln|10|]

V=4.6281L

R')-r )(u' gi);-*

Ecuacin de diseo6



33/33

V=+A0XA

(rA)

3emplazamos la velocidad de reaccin6

V=+A0XA

- CA02

(1XA ) (2XA)

V=0.1389 L

seg

0.75

0.11 L

mols (0.5.)2 (10.75 ) (20.75 )

V=12.1222L

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TANQUE AGITADO(CCTR).docx