Download - Reactor Tanque Continio(Sabrina)
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO DE ANÁLISIS DE REACTORES
“ESTUDIO DE LA HIDRÓLISIS DEL ACETATO DE ETILO EN EL
REACTOR TANQUE AGITADO CONTINUO (RTAC)”
Grupo 22CMartínez, Genesis C.I.: 17.950.630
Rodriguez, Ángela C.I.: 17.722.868
Serra, Sabrina C.I.: 17.787.617
Velásquez, Pedro C.I.: 18.766.637
Profesora: Ordeilys Rocca.
Preparadora: María San Vicente.
Barcelona, Junio de 2010
RESUMEN
Con la finalidad de estudiar el mecanismo de reacción en un reactor mezcla completa, se hizo el estudio de la hidrólisis del acetato de etilo en un reactor tanque agitado continuo (RTAC). Se trabajó a dos caudales (alto y bajo), para ello se prepararon dos soluciones de acetato de etilo y de hidróxido de sodio de 5L cada una a 0,1N. Del mismo modo, se introdujeron en un RTAC en el cual se midió la conductividad en función del tiempo, esto con la intención de calcular la concentración, conversión y la constante cinética de la reacción tanto para caudal bajo(40 mL/min) como para caudal alto (120,97 mL/min). A través de la elaboración de las graficas de constante de reacción vs tiempo, conversión vs tiempo, concentración vs tiempo a caudal alto, concentración vs tiempo a caudal bajo, conductividad vs tiempo para ambos caudales.
INTRODUCCION
La selección del tipo de reactor entre las diversas alternativas de diseño que se muestran (reactor discontinuo, reactor flujo pistón y reactor tanque agitado continuo), la determinación del tamaño preciso del reactor y la especificación de las condiciones del funcionamiento constituye una de las metas de un ingeniero químico, es allí donde se observa la importancia de conocer la velocidad de la reacción química y la máxima conversión que pueda obtenerse ya que son numerosas las aplicaciones que se muestran a nivel industrial.
En los reactores continuos por lo general, es posible obtener un mezclado prácticamente completo, mediante agitación mecánica. Bajo esta hipótesis de mezclado perfecto las condiciones de presión, temperatura y composición son uniformes en todo el recipiente.
El reactor mezcla completa ofrece un mayor control da la temperatura durante el proceso; sin embargo, en cuanto a la conversión de los reactivos en productos no presentas grandes ventajas, a diferencia del reactor flujo pistón, el cual presenta una mayor conversión por unidad de volumen y bajos costos de operación, por lo cual es uno de los reactores más utilizados.
En el presente informe se describe el comportamiento de un reactor tanque agitado continuo a nivel de laboratorio, en la reacción de hidrólisis del acetato de etilo con hidróxido de sodio, mediante la toma de conductividades a diferentes tiempos una vez iniciada la reacción.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Analizar el mecanismo de una reacción en un reactor mezcla completa (fase continua).
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Monitorear el transcurso de una reacción mediante medidas de conductividad a caudal alto y caudal bajo.
Determinar las concentraciones de NaOH y AcONA en el reactor.
Determinar la conversión de los reactantes.
Calcular la constante específica de la reacción a caudal alto y bajo.
Estudiar el comportamiento de la concentración y conversión en función del tiempo a un caudal alto y bajo.
Representar gráficamente las concentraciones de NaOH en función del tiempo.
MARCO TEORICO
REACCION QUIMICA.
Es la forma de representar matemáticamente el proceso en el que una o más sustancias (reactantes) se transforman en otras sustancias diferentes (productos). Los factores que hay que tener en cuenta a la hora de llevar a cabo o desarrollar una reacción química son:
a. Condiciones de presión, temperatura, y composición necesarias para que las sustancias entren en estado de reacción.
b. Las características termodinámicas y cinéticas de la reacción.
c. Las fases (sólido, líquido, gaseoso) que se encuentran presentes en la reacción.
El lugar físico donde se llevan a cabo las reacciones químicas se denomina reactor químico.
CINETICA QUIMICA.
El estudio de fenómenos de velocidad se llama cinética o dinámica. Un sistema puede estar fuera de equilibrio por que la materia o la energía, o ambas, están siendo transportadas entre el sistema y sus alrededores o entre una y otra parte del sistema. Aun cuando ni la materia ni la energía esté siendo transportada a través del espacio, un sistema puede estar fuera del equilibrio porque ciertas especies químicas del sistema están reaccionando para producir otras especies. La parte de la cinética que estudia las velocidades y los mecanismos de las reacciones químicas es la cinética química o la cinética de reacciones.
La cinética química trata principalmente del estudio de la velocidad, considerando todos los factores que influyen sobre ella y explicando la causa y la magnitud de esa velocidad de reacción.
VELOCIDAD DE REACCION.
La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia que se transforma en una reacción química en la unidad de tiempo. Puede definirse de diversas formas, en los sistemas
homogéneos se emplea casi exclusivamente la medida intensiva basada en la unidad de volumen de fluido reaccionante.
De este modo la velocidad de reacción con respecto a un componente cualquiera A se define como:
tiempo)de (unidad volumen)de (unidad
reacción)por aparecen queA de (moles1
reacciónpor
dt
dN
VR A
A
(2.1)
De acuerdo con esta definición, la velocidad será positiva si A aparece como producto, mientras que será negativa si A es un reactante que se está consumiendo; es decir “- rA”. Es la velocidad de desaparición del reactante. Es de esperar que el transcurso de este tipo de reacciones dependa de la composición de las sustancias en la fase considerada, así como de la temperatura y presión del sistema.
Para muchas reacciones la velocidad de desaparición de A,( AR ), puede ser escrito como el producto de la constante cinética, K, y una función de concentraciones de las especies involucradas en la reacción:
,...., BATA CCfkR
(2.2)
Las velocidades no pueden medirse directamente sino que se obtienen por medio de la interpretación de datos medidos de un reactor y los resultados específicos dependen del tipo del reactor usado. Esto se debe a que las concentraciones suelen ser afectadas por procesos físicos tales como la convección y la propia reacción. El análisis de datos de reactor para obtener la velocidad intrínseca es, en esencia, el proceso inverso al procedimiento de diseño para un reactor a escala comercial. Sin embargo, el problema se simplifica debido a que el reactor a pequeña escala puede construirse de tal manera que se obtenga la velocidad intrínseca en forma precisa y fácil a partir de las mediciones de concentración.
ORDEN DE REACCION.
Representa el número de moléculas de las sustancias involucradas en la ecuación de la reacción real, y esta puede o no ser igual a la ecuación estequiometrica para toda la reacción. Para el caso donde los coeficientes estequiométricos de una reacción química son
iguales a los órdenes de reacción individual, la reacción recibe el nombre de elemental, mientras que para aquellas donde difieren, reciben el nombre de no elementales, es decir, no se realizan exactamente como aparecen escritas.
Considérese la reacción general homogénea:
aA + bB → Productos
La ley de velocidad para esa reacción puede expresarse de la siguiente forma:
-RA=K[A]α[B]β (2.3)
Donde:
K= Constante de velocidad.
[A] y [B]= Concentraciones de los reactantes.
α y β= Orden de la reacción, pueden ser números enteros o fracciones, donde α es el orden de la reacción con respecto al reactivo A, y β es el orden de la reacción con respecto al reactivo B. El orden global de la reacción, n, es la sumatoria de los ordenes individuales.
n= α + β+……..
REACTOR TANQUE AGITADO CONTINUO.
En este tipo de reactor los reactivos se introducen y los productos se extraen simultáneamente y en forma continua. Opera en estado estacionario, y es empleado básicamente en reacciones de fase liquida. El reactor puede tener la forma de un tanque, una estructura tubular o torre, y tiene grandes aplicaciones en laboratorios y plantas a gran escala con el propósito de reducir los costos de operación y facilitar el control de calidad del producto.
Este tipo de reactor tiene como principal característica que el mezclado es completo, por lo que las propiedades de la mezcla reaccionante son uniformes en todas las partes del recipiente y son, al mismo tiempo, iguales a la corriente de salida (o de producto). Esto significa que el elemento de volumen seleccionado para los balances, puede considerarse como el volumen V de la totalidad del reactor. Además, la composición y la temperatura a las que se verifican la reacción, son las mismas que corresponden a la corriente de salida.
Este tipo de reactor consta de varios tanques bien agitados conectados en serie y tiene un flujo del material de reacción desde un tanque al siguiente y una alimentación constante de nuevos reaccionantes al primer reactor. Aún cuando la concentración es uniforme en cada reactor, hay una variación de concentración al pasar el fluido de un reactor a otro.
Este descenso escalonado de la concentración, indica que cuanto mayor sea el número de reactores en serie, el comportamiento del sistema se aproximará más al de flujo pistón.
La ecuación de diseño para el reactor en mezcla completa se obtiene del balance general de materia, efectuándose en un componente determinado en un elemento de volumen del sistema:
VF Ao
=X A
−rA (2.4)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Operación isotérmica en el R.T.A.C
Preparar 5 L de NaOH y AcOet 0,1 M en los balones aforados.
A
A
Añadir el acetato y el hidróxido en los tanques de alimentación.
Asegurarse que las válvulas de drenaje estén cerradas
Enchufar el equipo y colocar el breaker en posición On
Trabajar a temperatura ambiente
Encender el agitador, ajustando la velocidad en 7.
Colocar las bombas en posición manual.
Tomar los datos de conductividad en función del tiempo, cada 30 segundos
durante 45 minutos.
Encender el agitador.
Poner en funcionamiento el cronometro en el primer cambio de conductividad.
B
B
Poner en funcionamiento el cronómetro en el primer cambio de conductividad.
Agregar 5 litros de agua común a cada uno de los tanques de alimentación
Desalojar los tanques de alimentación al reactor abriendo las válvulas de desagüe
de los tanques
Medir el volumen del reactor, abriendo la válvula de drenaje del reactor
Apagar el equipo
Apagar las bombas y el agitador de forma simultánea
Encender el equipo, con las bombas al máximo caudal y el agitador para lavar el
reactor.
Desalojar el contenido del reactor y el de los tanques de alimentación
Apagar el equipo, limpiarlo y secarlo
TABLAS DE DATOS
Tabla 1. . Medición de la conductividad en función del tiempo, a caudal bajo en el RTAC.
t (s) (mS) t (s) (mS) t (s) (mS)0 0,07 900 7,07 1800 6,8430 0,20 930 7,02 1830 6,8460 0,39 960 6,99 1860 6,8490 0,50 990 6,97 1890 6,84
Bajar el breaker y desenchufar el equipo
120 10,21 1020 6,95 1920 6,84150 10,19 1050 6,94 1950 6,84180 9,72 1080 6,92 1980 6,84210 9,40 1110 6,91 2010 6,84240 9,07 1140 6,90 2040 6,84270 8,87 1170 6,89 2070 6,84300 8,69 1200 6,88 2100 6,84330 8,52 1230 6,88 2130 6,84360 8,38 1260 6,87 2160 6,84390 8,24 1290 6,87 2190 6,86420 8,13 1320 6,87 2220 6,84450 8,02 1350 6,87 2250 6,84480 7,93 1380 6,86 2280 6,84510 7,82 1410 6,86 2310 6,84540 7,76 1440 6,86 2340 6,83570 7,68 1470 6,86 2370 6,84600 7,61 1500 6,85 2400 6,83630 7,54 1530 6,85 2430 6,83660 7,48 1560 6,85 2460 6,83690 7,42 1590 6,85 2490 6,83720 7,37 1620 6,85 2520 6,83750 7,31 1650 6,85 2550 6,83780 7,27 1680 6,84 2580 6,83810 7,22 1710 6,84 2610 6,83840 7,18 1740 6,85 2640 6,83870 7,13 1770 6,84 2670 6,83
Tabla 2. Medición de la conductividad en función del tiempo, a caudal Alto en el RTAC.
t (s) (mS) t (s) (mS) t (s) (mS)0 0,69 660 7,32 1290 7,0830 2,47 690 7,28 1320 7,0860 10,32 720 7,25 1350 7,0790 9,85 750 7,22 1380 7,07120 9,49 780 7,20 1410 7,07150 9,25 810 7,18 1440 7,07
180 9,05 830 7,17 1470 7,07210 8,84 840 7,15 1500 7,07240 8,65 870 7,15 1290 7,08270 8,48 900 7,13 1320 7,08300 8,34 930 7,13 1350 7,07330 8,20 960 7,12 1380 7,07360 8,68 990 7,12 1410 7,07390 7,98 1020 7,11 1440 7,07420 7,88 1050 7,11 1470 7,07450 7,78 1080 7,10 1500 7,07480 7,70 1110 7,10510 7,63 1140 7,09540 7,55 1170 7,09570 7,48 1200 7,09600 7,42 1230 7,08630 7,36 1260 7,08
t: Tiempo (Segundos)
: Conductividad (MiliSiemens)
Tabla 3. Datos Adicionales (Valores de caudales y volumen del reactor).
CAUDALNaOH ACETATO DE ETILO
(ml/min) (l/s) (ml/min) (l/s)
BAJO 40 0,00067 40 0,00067
ALTO 120,97 0,00202 120,97 0,00202
Volumen del Reactor (l) 2,00
MUESTRA DE CÁLCULOS
Solución de NaOH 0,1N
Se sabe que la Normalidad es:
(Ec 1.)
Y a su vez los # eq-g:
(Ec 1.1.)
Donde:
N: normalidad (eq-g/L)
V: volumen de sustancia (L)
msto: masa de soluto (g)
Peq: peso equivalente (g/ eq-g)
El Peso Equivalente, va hacer igual:
(Ec 1.2)
Donde:
PMcomp: Peso Molecular (g/mol)
ε : Número de iones OH- para bases (mol/Eq-gr)
Aplicando las formulas antes descritas al NaOH, el número de OH - será igual a 1 Eq-g/mol,
entonces:
Sustituyendo la expresión se tiene que:
(Ec 1.3)
Sustituyendo la ecuación (1.3) en (1), se tiene:
(Ec 1.4)
Por definición:
Donde:
n: Número de moles (mol)
m: Masa (g)
Sustituyendo (3.7) en (3.6), y haciendo uso de la definición de Molaridad, queda:
Donde:
M: molaridad (mol/L)
Por lo tanto:
N = M
Ahora, sustituyendo las expresiones tenemos:
(Ec 1.5)
Despejando m,
m=0,1
moll∗1 l∗40
gmol
=4 g
Se requieren pesar 4 gramos de NaOH para preparar 1 litro de solución enrasando con
agua hasta la línea de aforo. Estos mismos cálculos se realizaron para la preparación de 2
litros de solución dando como resultado 8 gramos de NaOH a pesar.
Solución de Acetato de Etilo 0,1N.
Sabiendo que la densidad () del mismo es igual a 0,90 gml y su peso molecular
(PM) es 88,11gmol , con una pureza de 99% de acetato de etilo.
Sabemos que por dilución: C1∗V 1=C2∗V 2
C2=0,1NV 2=1lV 1=?
Para determinar C1 tenemos que:
C1=¿¿
C1=¿¿Despejando V 1 de la ecuación y sustituyendo los valores correspondientes tenemos
que:
V 1=C2∗V 2
C1
=[( 0,1mol
l∗1l
10 ,11mol
l)∗1000ml
1 l ]=9,6ml
Se requieren medir 9,6 ml de acetato de etilo para preparar 1 litro de solución
enrasando con agua hasta la línea de aforo. Estos mismos cálculos se realizaron para la
preparación de 2 litros de solución dando como resultado 19,8 ml de acetato de etilo.
Determinación de las concentraciones de los reactantes
Para realizar el estudio cinético de la hidrólisis del Acetato de Etilo (AcOet) con
Hidróxido de Sodio (NaOH) se llevo a cabo mediante la siguiente reacción:
NaOH+CH 3COOC 2H5→CH 3COONa+C2 H5OH
A + B → C + D
Para determinar las concentraciones de los reactantes se utilizan las siguientes
ecuaciones:
At=(A∞−A0 )[ ( ¿o−¿t )(¿0−¿∞ ) ]+A0
(2)
C t=C∞ [ (¿o−¿t )(¿0−¿∞ ) ]+C0
; C0=0 (3)
Donde:
¿0 : Conductividad inicial
¿t : Conductividad leída en el equipo
A∞: Es igual a cero puesto que la concentración del Hidróxido de Sodio es cada vez
menor a medida que transcurre el tiempo
A0=0,1
moll
2=0 ,05
moll
Para determinar ¿0 sustituimos el valor de la temperatura de trabajo utilizada
T=301 ,65Κ además del valor de A0 en la expresión:
¿0=0 ,195 [1+0 ,0184 (T−294 ) ]∗A0
¿0=0 ,195 [1+0 ,0184 (301 ,65−294 ) ]∗0 ,05
¿0=0 ,011122 siemens
El equipo utilizado expresa la conductividad en unidades de mili siemens (mS), por
ende debemos transformar ¿0 a dicha unidad.
Sabiendo que 1 S es equivalente a 1000 mS se obtiene que ¿0=11 ,12mS
siA∞=0 entonces ¿
∞=¿c∞+¿a∞=¿c∞
¿c∞=0 ,070∗[1+0 ,0284 (T−294 ) ]∗C∞
Donde C∞=A0=0 ,05
moll
Sustituyendo T=301 ,65Κ y C∞=A0=0 ,05
moll
¿c∞=0 ,070∗[1+0 ,0284 (301 ,65−294 ) ]∗0 ,05
¿c∞=0 ,00426041S=4 ,26041mS
Para determinar At y Ct sustituimos los valores de ¿0 , ¿c∞
y cada valor de ¿t
leídas en la tabla 1 (caudal bajo); en las expresiones (2) y (3). Luego para una
conductividad igual a 7,36 mS en un tiempo t = 180 s se determina que:
At= (0−0 ,05 )∗[ (11 ,12−9 ,72 )(11 ,12−4 ,26 ) ]+ (0 ,05 )
At=0 ,0398mol
l
C t=(0 ,05 )[ (11 ,12−9 ,72 )(11 ,12−4 ,26 ) ]
C t=0 ,01020mol
l
Este cálculo se realiza para cada valor de conductividad de la tabla 1 y 2 obteniendo
así las concentraciones de los reactantes en función del tiempo y son representados en la
tabla 4 y 5.
Para la determinación de la conversión de los reactantes se utiliza las siguientes
ecuaciones:
Xa=( A0−A t
A0)
(4)
Xc=C t
C∞ (5)
Sustituyendo los valores de A0 ,C∞ , A t y C t en las respectivas expresiones se
obtiene que:
Xa=( 0 ,05−0 ,03980 ,05 )
Xa=0 ,2041
Xc=0 ,0025540 ,05 XC=0 ,2041
De igual forma para cada valor obtenido de At y C t se determina X A y XC . Estos
los valores obtenidos de los valores de X A son reportados en la tabla 4 y 5.
Nota: vale la pena acotar que estos datos son repetidos para el reactor tanque agitado
discontinuo, para un volumen de cada solución de 0,5L, a una temperatura de 25°C.
Determinación de la constante cinética para el RTAC:
k= FV
∗(A0−A t )
A t2
=(Fa+Fb )
V∗
(A0−A t )At
2 (6)
Donde:
Fa: Caudal de NaOH
Fb: Caudal de Acetato de Etilo
V: Volumen del Reactor
At: Concentración de NaOH en función del tiempo.
Para este cálculo se utilizara la ecuación (6), tomando para la muestra los datos de
concentración de NaOH (At) de la tabla 4, para un tiempo de 180 segundos, se tiene que:
k=(0 . 00067+0 . 00067)2,00
**
∗(0 .05−0,0398 )
(0,0398 )2
k=0 ,00067∗6 ,439
k = 4,31x10-3 mol / L*s
** Los valores de caudales y el volumen del reactor se encuentra citados en la Tabla 3.
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Tabla 4. Valores de concentración y conversión para el NaOH Acetato de Etilo, y
Constante de Reacción en el RTAC estudiado para un Caudal Bajo.
t (s) At Ct Xa Xc K
0 -0,0305 0,0805 1,6108 1,6108 0,0579
30 -0,0296 0,0796 1,5918 1,5918 0,0609
60 -0,0282 0,0782 1,5641 1,5641 0,0659
90 -0,0274 0,0774 1,5481 1,5481 0,0691
120 0,0434 0,0066 0,1327 0,1327 0,0024
150 0,0432 0,0068 0,1356 0,1356 0,0024
180 0,0398 0,0102 0,2041 0,2041 0,0043
210 0,0375 0,0125 0,2507 0,2507 0,0060
240 0,0351 0,0149 0,2988 0,2988 0,0081
270 0,0336 0,0164 0,3280 0,3280 0,0097
300 0,0323 0,0177 0,3542 0,3542 0,0114
330 0,0310 0,0190 0,3790 0,3790 0,0132
360 0,0300 0,0200 0,3994 0,3994 0,0148
390 0,0290 0,0210 0,4198 0,4198 0,0167
420 0,0282 0,0218 0,4359 0,4359 0,0184
450 0,0274 0,0226 0,4519 0,4519 0,0202
480 0,0267 0,0233 0,4650 0,4650 0,0218
510 0,0259 0,0241 0,4810 0,4810 0,0239
540 0,0255 0,0245 0,4898 0,4898 0,0252
570 0,0249 0,0251 0,5015 0,5015 0,0270
600 0,0244 0,0256 0,5117 0,5117 0,0288
630 0,0239 0,0261 0,5219 0,5219 0,0306
660 0,0235 0,0265 0,5306 0,5306 0,0323
690 0,0230 0,0270 0,5394 0,5394 0,0341
Tabla 4. Valores de concentración y conversión para el NaOH Acetato de Etilo, y
Constante de Reacción en el RTAC estudiado para un Caudal Bajo (Continuación).
t (s) At Ct Xa Xc K720 0,0227 0,0273 0,5466 0,5466 0,0356750 0,0222 0,0278 0,5554 0,5554 0,0376780 0,0219 0,0281 0,5612 0,5612 0,0391810 0,0216 0,0284 0,5685 0,5685 0,0409840 0,0213 0,0287 0,5743 0,5743 0,0425870 0,0209 0,0291 0,5816 0,5816 0,0445900 0,0205 0,0295 0,5904 0,5904 0,0471930 0,0201 0,0299 0,5977 0,5977 0,0495960 0,0199 0,0301 0,6020 0,6020 0,0509990 0,0198 0,0302 0,6050 0,6050 0,05191020 0,0196 0,0304 0,6079 0,6079 0,05301050 0,0195 0,0305 0,6093 0,6093 0,05351080 0,0194 0,0306 0,6122 0,6122 0,05461110 0,0193 0,0307 0,6137 0,6137 0,05511140 0,0192 0,0308 0,6152 0,6152 0,05571170 0,0192 0,0308 0,6166 0,6166 0,05621200 0,0191 0,0309 0,6181 0,6181 0,05681230 0,0191 0,0309 0,6181 0,6181 0,05681260 0,0190 0,0310 0,6195 0,6195 0,05741290 0,0190 0,0310 0,6195 0,6195 0,05741320 0,0190 0,0310 0,6195 0,6195 0,05741350 0,0190 0,0310 0,6195 0,6195 0,05741380 0,0190 0,0310 0,6210 0,6210 0,05791410 0,0190 0,0310 0,6210 0,6210 0,05791440 0,0190 0,0310 0,6210 0,6210 0,05791470 0,0190 0,0310 0,6210 0,6210 0,05791500 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851530 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851560 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851590 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851620 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851650 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851680 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911710 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911740 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851770 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911800 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911530 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851560 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851590 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,0585
Tabla 4. Valores de concentración y conversión para el NaOH Acetato de Etilo, y
Constante de Reacción en el RTAC estudiado para un Caudal Bajo. (Continuación)
t (s) At Ct Xa Xc K
1620 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851650 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851680 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911710 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911740 0,0189 0,0311 0,6224 0,6224 0,05851770 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911800 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911830 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911860 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911890 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911920 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911950 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05911980 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912010 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912040 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912070 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912100 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912130 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912160 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912190 0,0190 0,0310 0,6210 0,6210 0,05792220 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912250 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912280 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912310 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912340 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972370 0,0188 0,0312 0,6239 0,6239 0,05912400 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972430 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972460 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972490 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972520 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972550 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972580 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972610 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972640 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,05972670 0,0187 0,0313 0,6254 0,6254 0,0597
Tabla 5. Valores de concentración y conversión para el NaOH Acetato de Etilo, y
Constante de Reacción en el RTAC estudiado para un Caudal Alto.
t (s) At Ct Xa Xc K
0 -0,026020 0,076020 1,520408 1,520408 0,075228
30 -0,013047 0,063047 1,260933 1,260933 0,248164
60 0,044169 0,005831 0,116618 0,116618 0,002003
90 0,040743 0,009257 0,185131 0,185131 0,003736
120 0,038120 0,011880 0,237609 0,237609 0,005478
150 0,036370 0,013630 0,272595 0,272595 0,006904
180 0,034913 0,015087 0,301749 0,301749 0,008293
210 0,033382 0,016618 0,332362 0,332362 0,009992
240 0,031997 0,018003 0,360058 0,360058 0,011781
270 0,030758 0,019242 0,384840 0,384840 0,013627
300 0,029738 0,020262 0,405248 0,405248 0,015352
330 0,028717 0,021283 0,425656 0,425656 0,017291
360 0,032216 0,017784 0,355685 0,355685 0,011481
390 0,027114 0,022886 0,457726 0,457726 0,020858
420 0,026385 0,023615 0,472303 0,472303 0,022728
450 0,025656 0,024344 0,486880 0,486880 0,024779
480 0,025073 0,024927 0,498542 0,498542 0,026567
510 0,024563 0,025437 0,508746 0,508746 0,028248
540 0,023980 0,026020 0,520408 0,520408 0,030318
570 0,023469 0,026531 0,530612 0,530612 0,032271
600 0,023032 0,026968 0,539359 0,539359 0,034061
630 0,022595 0,027405 0,548105 0,548105 0,035966
660 0,022303 0,027697 0,553936 0,553936 0,037305
690 0,022012 0,027988 0,559767 0,559767 0,038703
Tabla 5. Valores de concentración y conversión para el NaOH Acetato de Etilo, y
Constante de Reacción en el RTAC estudiado para un Caudal alto. (Continuación)
t (s) At Ct Xa Xc K
720 0,021793 0,028207 0,564140 0,564140 0,039792750 0,021574 0,028426 0,568513 0,568513 0,040918780 0,021429 0,028571 0,571429 0,571429 0,041689810 0,021283 0,028717 0,574344 0,574344 0,042478840 0,021210 0,028790 0,575802 0,575802 0,042879870 0,021064 0,028936 0,578717 0,578717 0,043694
900 0,021064 0,028936 0,578717 0,578717 0,043694930 0,020918 0,029082 0,581633 0,581633 0,044528960 0,020918 0,029082 0,581633 0,581633 0,044528990 0,020845 0,029155 0,583090 0,583090 0,0449531020 0,020845 0,029155 0,583090 0,583090 0,0449531050 0,020773 0,029227 0,584548 0,584548 0,0453821080 0,020773 0,029227 0,584548 0,584548 0,0453821110 0,020700 0,029300 0,586006 0,586006 0,0458161140 0,020700 0,029300 0,586006 0,586006 0,0458161170 0,020627 0,029373 0,587464 0,587464 0,0462551200 0,020627 0,029373 0,587464 0,587464 0,0462551230 0,020627 0,029373 0,587464 0,587464 0,0462551260 0,020554 0,029446 0,588921 0,588921 0,0466991290 0,020554 0,029446 0,588921 0,588921 0,0466991320 0,020554 0,029446 0,588921 0,588921 0,0466991350 0,020554 0,029446 0,588921 0,588921 0,0466991380 0,020481 0,029519 0,590379 0,590379 0,0471491410 0,020481 0,029519 0,590379 0,590379 0,0471491440 0,020481 0,029519 0,590379 0,590379 0,0471491470 0,020481 0,029519 0,590379 0,590379 0,0471491500 0,020481 0,029519 0,590379 0,590379 0,047149
At: Concentración de NaOH
Ct: Concentración de Acetato de Etilo
Xa: Conversión de NaOH
Xc: Conversión de Acetato de Etilo
K: Constante de Reacción
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Al estudiar la Reacción De Hidrólisis Del Acetato De Etilo mediante un Reactor Tanque
Agitado Continuo a la temperatura de 28,5°c y a dos caudales, alto y bajo, se observo que a
medida que el tiempo transcurría, la conductividad térmica de la sustancia en ambos
caudales, aumentaba hasta alcanzar un pico máximo (entre 60 y 120 seg), y luego mostraba
un comportamiento descente, se puede decir que entre estos dos tiempos la sustancia su
máxima capacidad de conducción de calor, este comportamiento se encuentra ilustrado en
la figura 1.
Al realizar los cálculos pertinentes a la práctica, se observo que los resultados de
concentración en función del tiempo disminuyen en ambos caudales, siendo esto un
comportamiento natural de la reacción, puesto que los reactantes se van consumiendo y
dando paso a la formación de los nuevos productos (figura 2 y 3), sin embargo, no se
obtiene una conversión plena, siendo la máxima conversión para caudal alto y bajo de
59,04% y 62,54% respectivamente, resultando más eficiente la conversión obtenida a
caudal bajo.
Es apropiado comentar que la conversión al comienzo de las corridas a caudal alto y bajo,
los valores de la conversión de xa dan negativos, lo cual es contrario a los fundamentos
teóricos, esto se pudo originar a una toma incorrectas de los datos por parte del grupo que
realizo tales mediciones, ya que las conversiones no pueden dar negativas.
Es importante destacar que para efecto de la transformación de las conductividades a
concentraciones se pudo haber cometidos una serie de errores, lo que pudo haber influido
en los resultados negativos obtenidos, que en la realidad no se ajustan a los esperados.
CONCLUSIONES
La conductividad con respecto al tiempo, disminuye mas para caudal bajo que para el
alto.
A caudal bajo, la concentración con respecto al tiempo de NaOH y acetato de etilo son
iguales a partir de cierto tiempo, pero a caudal alto estas concentraciones no llegan a
ser idénticas.
La conversión con respecto al tiempo, de NaOH y de acetato de etilo, es mayor a
caudal bajo que a caudal alto.
La constante de reacción tiende a no variar según el tipo de caudal.
RECOMENDACIONES
Revisar que el reactor tanque agitado continuo, este limpio para disminuir el margen de
error por impurezas.
Estar pendiente del tiempo y de la medida de la conductividad, a fin de que las lecturas
sean confiables.
Limpiar los tambores que contienen las sustancias en los reactores Tanque Agitado
Continuo ya que los residuos depositados en el fondo y paredes de los mismos
contaminan los reactivos.
Leer adecuadamente el volumen de descarga del tanque, al momento de culminar la
experiencia.
BIBLIOGRAFÍA
LEVENSPIEL O, “Ingeniería de las reacciones químicas”. Editorial Reverte. 2°
Edición. México (1998).
SMITH J, “Ingeniería de la cinética química”. Editorial Continental. 3° Edición.
México (1980)
FOGLER, Scott. “Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas”. 3° Edición.
Editorial Prentice Hall. México. 2001.
ANEXOS
0 500 1000 1500 2000 2500 30000
2
4
6
8
10
12
Figura 1: Conductividad Vs Tiempo, para ambos caudales.
Caudal BajoCaudal AltoTiempo (s)
Con
du
ctiv
idad
(m
S)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
-0.0400
-0.0200
0.0000
0.0200
0.0400
0.0600
0.0800
0.1000
Figura 2: Concentración Vs Tiempo, Caudal bajo.
NaOHAcetato de Etilo
Tiempo (s)
Con
cen
trac
ion
(m
ol/L
)
0 500 1000 1500 2000 2500 30000.000000
0.010000
0.020000
0.030000
0.040000
0.050000
0.060000
0.070000
0.080000
Figura 3: Concentración Vs Tiempo, Caudal alto.
NaOHAcetato de Etilo
Tiempo (s)
Con
cen
trac
ión
(m
ol/L
)
0 500 1000 1500 2000 2500 30000.000000
0.200000
0.400000
0.600000
0.800000
1.000000
1.200000
1.400000
1.600000
1.800000
Figura 4: Conversión Vs Tiempo.
Caudal Alto
Caudal BajoTiempo (s)
Con
vers
ión
0 500 1000 1500 2000 2500 30000.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
Figura 5: Constante de reaccion Vs Tiempo.
Caudal Bajo
Caudal AltoTiempo (s)
K (
L.s
eg/m
ol)
Figura 6. Diagrama del equipo experimental para el reactor tanque agitado continuo.
Leyenda:
1.- Panel de control.2.- Reactor de tanque agitado continuo.3.- Tanques de alimentación.4.- Bombas peristálticas.5.- Sensor de temperatura. 6.- Medidor de conductividad.
Tabla 6: Propiedades de sustancias que conforman la reacción y efectos de estas sobre la salud.
Acetato de Etilo Hidróxido Sódico
Fórmula CH3COOCH2CH3 NaOH
Sinónimos Ester etílico del ácido acético, éter acético, etanoato de etilo, acetoxietano, éster etil acético.
Hidróxido sódico,sosa cáustica,soda cáustica.
Apariencia y Color
Es un líquido incoloro, con olor a frutas, menos denso que el agua y ligeramente miscible
con ella. Sus vapores son más densos que el aire.
Blanco
Peso Molecular (g/gmol)
88.1 40
Punto de Ebullición (K)
350 1663
Punto de Fusión (K)
190 596
Consecuencias por inhalación
Causa dolor de cabeza, náuseas e incluso pérdida de la
conciencia y puede sensibilizar las mucosas, inflamándolas. En
concentraciones altas causa convulsiones y congestión de
hígado y riñones; a concentraciones bajas causa
anemia.
Irritación con pequeñas exposiciones, puede ser dañino o mortal en altas
dosis.
Consecuencias por contacto con
los ojos
Una exposición prolongada causa el oscurecimiento de las
córneas.
Peligroso. Puede causar quemaduras, daños a la
córnea o conjuntiva.
Consecuencias por contacto la
piel
Provoca resequedad, agrietamiento, sensibilización y
dermatitis.
Peligroso. Los síntomas van desde irritaciones leves
hasta úlceras graves.
Consecuencias por ingestión
Irrita las membranas mucosas. Puede causar daños graves y
permanentes al sistema gastrointestinal.