INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PACHUCA

REACTORES QUÍMICOS

PRÁCTICA UNIDAD 3: DISTRIBUCIÓN DE TIEMPOS DE RESIDENCIA EN COLUMNAS DE RELLENO.

OBJETIVO

Caracterización hidrodinámica de una columna de relleno por la que circula un fluido (agua) y una cierta cantidad de trazador (ácido acético o azul de metileno).

FUNDAMENTO

En el diseño de reactores químicos es fundamental la predicción de su comportamiento. Para ello se dispone de la ecuación cinética de la reacción, que se obtiene generalmente a partir del ensayo de reactores discontinuos, y es necesario disponer de información sobre la hidrodinámica del sistema. El flujo superpuesto a la propia reacción genera una serie de gradientes de concentración y temperatura que obligan a tener en cuenta la mecánica del fluido, así como la reacción cinética para poder predecir su comportamiento. En los equipos de lecho fijo, existe cierto grado de retro mezcla, que se origina por la difusión molecular del fluido alimentado, así como por las características hidrodinámicas, lo que puede generar la aparición de no idealidades en el flujo.

Curva de distribución de tiempos de residencia (DTR)

La DIR es fundamental para determinar el comportamiento hidrodinámico del reactor. Pero solo en aquellos casos donde el grado de mezcla y el contacto alcanzado en el sistema no influyan en la velocidad de reacción, será suficiente con la DTR y la ecuación cinética de la reacción para predecir el comportamiento del mismo. Un análisis cualitativo de la DTR es suficiente para detectar comportamientos anómalos como recirculación interna, espacios muertos, canalizaciones de flujo, etc. y tener una idea acerca del modelo de flujo que tendremos que utilizar.

Obtención de la curva DTR

Si bien existen otras muchas distribuciones de edad en el flujo no ideal la distribución a tener en cuenta en la distribución de edad a la salida E, o distribución de tiempos de residencia del fluido. La siguiente expresión indica la fracción del fluido cuya edad está comprendida entre tiempos:

Para la obtención de la curva DTR se recure a técnicas estimulo-respuesta. En este tipo de experimentación se introduce una perturbación ene l sistema (generalmente un trazador) y la respuesta del sistema junto con la señal de entrada son analizadas para obtener información para la dinámica del sistema. Cuando se impone una señal del sistema de impulso a la corriente de fluido que entra al sistema, se denomina curva C a la respuesta normalizada del trazador a la corriente de salida frente al tiempo:

PROCEDIMIENTO

Hacer pasar un flujo de agua fría a través de un lecho empacado. Una vez estabilizado el flujo inyectar el trazador:

Experimento 1:

Con ácido acético- tomar el pH a la salida del lecho empacado

Experimento 2:

Azul de metileno l% (indicador). Comparativa ausencia de color.

El relleno de la columna está constituido por esferas y a partir de ella se tendrá que determinar la porosidad del lecho.

El volumen total y hueco del sistema. El caudal de operación (alimentación y recirculación) para cada experimento a partir del cual se

determinará el tiempo de residencia hidráulico.

REPORTAR:

Cantidad de trazador Flujo volumétrico Columna de empaque unitario y total volumen total del sistema PH por tiempo y coloración por tiempos Calcular C(t), E(t), varianza, tm y conversión media.

ANEXAR MEMORIA DE CÁLCULO, INCLUYENDO TODOS LOS DATOS DE DISEÑO DEL REACTOR y CONCLUSIONES.

Realizar las diluciones pertinentes del indicador para la concentración.

Trazador ácido acético: adiciona 5 a 7 ml a la corriente y checar el pH a la salida de la columna empacada, hasta tener un pH de 7 cada valor de pH se relacionará con la concentración del (H*) que en este caso es la C(t) en mol/L.

Trazador indicador: Adicionar 2 ml a la corriente y tomar muestra a la salida de la columna y comparar por colorimetría hasta obtener ausencia de color anotar la concentración correspondiente para cada disolución ya que será en este caso el valor de la concentración C(t) en % volumen o mg/ml, de acuerdo a la preparación del indicador.

Elaborar el colorímetro por quipo, realizando diferentes diluciones del indicador en tubos de ensaye.

Calcular:

Volumen unitario por esfera = 4/3π r3 Volumen total de solidos = suma del volumen total de esferas Volumen de solidos = masa total / densidad de partícula Densidad de partícula = masa por unidad / volumen por unidad Calcular la fracción de vacío:

Volumen de columna = AB x h AB = π r2

Tiempo pH [M] Tiempo Concentración [M]