Reactores

Química. Reactor. CSTR. Conversión. Velocidad de flujo. Densidad

  • Enviado por: Seheiah
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 8 páginas
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Práctica No. 3

REACTORES CSTR

Objetivos:

Analizar el comportamiento de los reactores CSTR y verificar los resultados prácticos con los teóricos.

La relación entre la conversión y la velocidad de flujo en un reactor agitado de flujo continuo es del tipo algebraico. Si el volumen (Densidad) es constante se tiene:


Donde:

 = tiempo promedio de residencia

CAS = Concentración de la corriente de salida

CAE = Concentración de la corriente de entrada

rAS = Velocidad de reacción

VR = Volumen del reactor

Q = Gasto volumétrico.

En algunos casos, se utilizan reactores CSTR en serie, donde la corriente de salida del primer reactor sirve de alimentación al segundo y así sucesivamente. Para densidad constante, la conversión a la salida puede obtenerse utilizando la ecuación anterior en cada reactor.

Los métodos gráficos pueden utilizarse para obtener la conversión en reactores en serie y tienen la ventaja de mostrar la concentración en cada reactor. Además, el método no se complica cuando la ecuación no es de primer orden.

PROCEDIMIENTO:

  • REACTOR “CSTR” SENCILLO (VR1)

  • Para el “CSTR” sencillo montar el aparato que se muestra en la figura, utilizando un kitazato de 500 mL. Medir los gastos de la bomba para cada corriente utilizando agua destilada. Los gastos deben ser de 5 mL / min tanto para el violeta cristal, como para la sosa.

    Las mangueras de las bombas deben llegar al fondo del kitazato, el cual debe estar perfectamente agitado, y la manguera de salida debe drenar a un recipiente. El kitazato se llena con las soluciones alimentadas simultáneamente. Se pone en marcha el sistema tomando el tiempo. Cuando empiece a drenar por la manguera de salida, marcar el nivel al cual llega el líquido dentro del matraz. Con esta medida se determinará el volumen real del reactor. Se toman muestras de la corriente de salida del reactor cada 3 minutos. Hacer la lectura de transmitancia en el espectrofotómetro a 590 nm. Tomar lecturas hasta que el reactor se estabilice. Tomar la temperatura de reacción.

  • REACTORES “CSTR” EN SERIE (VR1 + VR2):

  • Para el “CSTR” en serie, se monta el aparato de la figura con las recomendaciones del aparato anterior. Se tomarán muestras cada 3 minutos a la salida de cada reactor hasta que se estabilicen. Determinar el volumen de cada reactor y la temperatura de la reacción.

    REACTOR 2

    REACTOR 2'

    t (minutos)

    ABSORB.

    CA * 103 (mol/L)

    t (minutos)

    ABSORB.

    CA * 103 (mol/L)

    5.23

    .512

    -

    5

    .453

    6.3

    7.26

    .511

    -

    6.8

    .442

    6.14

    14

    .510

    -

    8.5

    .428

    5.92

    16

    .48

    -

    10.7

    .418

    5.79

    20

    .47

    7.0

    12.8

    .412

    5.7

    22

    .443

    6.73

    14.8

    .411

    5.7

    26.12

    .419

    6.14

    16.8

    .391

    5.28

    28.13

    .415

    5.79

    21

    .387

    5.18

    34.11

    .412

    5.73

    23

    .353

    4.73

    36.43

    .410

    5.7

    25

    .338

    4.58

    38.33

    .406

    5.68

    27

    .333

    4.51

    42.4

    .386

    5.6

    29

    .320

    4.41

    45.4

    .384

    5.18

    31

    .313

    4.35

    48.4

    .354

    5.16

    33

    .310

    4.32

    52.2

    .35

    4.73

    40

    .303

    4.26

    CALCULOS Y RESULTADOS

  • Reportar los datos experimentales y elaborar la curva de calibración del violeta cristal.

  • C25H30CIN3 + NaOH C25H31N3O + NaCl

    TIEMPO (MINUTOS)

    ABSORBANCIA

    CONCENTRACION DE A

    6.65

    0.332

    4.5224*10-6

    9.97

    0.263

    3.6465*10-6

    13.65

    0.240

    3.2487*10-6

    16.37

    0.205

    2.6704*10-6

    19.63

    0.192

    2.5019*10-6

    22.98

    0.177

    2.1778*10-6

    25.40

    0.165

    2.20*10-6

    28.17

    0.152

    1.9984*10-6

    31.68

    0.150

    1.9758*10-6

    35.30

    0.133

    1.7839*10-6

    38.17

    0.130

    1.750*10-6

    41.67

    0.120

    1.6371*10-6

    44.72

    0.110

    1.5242*10-6

    47.55

    0.102

    1.4339*10-6

    50.88

    0.096

    1.3661*10-6

    56.60

    0.088

    1.1979*10-6

    CA0 = 2 * 10-5 M

    CB0 = 0.02 M

    QA = QB = 5 mL/ min = 5 * 10-3 L / min

    VR = 270 mL = 0.27 L

    QT = QA + QB = 10 mL/ min = 10 * 10-3 L / min

    C25H30CIN3 + NaOH C25H31N3O + NaCl

    (A) (B) (C) (D)

    'Reactores'

    Donde:

    rAS = k2 CAS CBS = k2 CAS2

    Con lo cual:

    'Reactores'

    'Reactores'

  • Calcular la conversión experimental en cada caso a partir de los datos obtenidos en el laboratorio con respecto al tiempo. Construir una gráfica de conversión, % de conversión vs. Tiempo para cada reactor. Elaborar las conclusiones correspondientes y determinar el tiempo y la concentración de estabilización para cada reactor.

  • DATOS EXPERIMENTALES:

    TIEMPO (MINUTOS)

    CONVERSION ZA

    % DE CONVERSION ZA

    6.65

    0.77388

    77.388

    9.97

    0.81768

    81.768

    13.65

    0.83757

    83.757

    16.37

    0.86648

    86.648

    19.63

    0.87491

    87.491

    22.98

    0.89111

    89.111

    25.40

    0.89000

    89.000

    28.17

    0.90008

    90.008

    31.68

    0.90121

    90.121

    35.30

    0.91081

    91.081

    38.17

    0.91250

    91.250

    41.67

    0.91815

    91.815

    44.72

    0.92379

    92.379

    47.55

    0.92831

    92.831

    50.88

    0.93170

    93.170

    56.60

    0.94011

    94.011

  • A partir de la ecuación inicial, en función de la conversión del violeta cristal, determinar la conversión a la salida de cada uno de los reactores, para cada uno de los sistemas considerados, cuando ya se haya estabilizado el reactor.

  • METODO ANALITICO:

    Sea ZA = conversión fraccional de A:

    CAS = CA0 (1- ZAS)

    CBS = CB0 - ZAS CA0

    'Reactores'

    'Reactores'

    Resolviendo la ecuación anterior:

    ZA1 = 10666*104 X

    ZA2 = 0.0938 "

    Suponiendo un pseudo-orden:

    Debido a que:

    'Reactores'

    rA=  CA =  CA0 (1-ZAS)

    'Reactores'

    'Reactores'

    Para el reactor 2:

    'Reactores'

    Donde:

    ZA = conversión fraccional de A.

    rAS = 2 CAS CBS

    QT = QA + QB = 0.044 L/min + 0.045 L/min

    QT = 0.089 L/min

    CAS = CA0 (1-ZAS)

    CBS = CB0 - ZACA0

    'Reactores'

    Resolviendo la ecuación se obtiene:

    ZAS1=0.01024

    ZAS2=81088.81

    Donde:

    ZAS = 0.01024

    NOTA: Como se observa, ZAS es muy pequeña realizando los cálculos reales, ya que la CB0 no varía durante el transcurso de la reacción, por lo tanto:

    CB >> CB0 , ahora se calculará ZAS suponiendo un pseudo orden:

    'Reactores'

    rAS =  CA =  CA0 (1-ZAS)

    'Reactores'

    'Reactores'

    De forma experimental se obtiene que:

    'Reactores'

    T(min)

    16

    20

    22

    26.12

    28.13

    34.11

    36.5

    38.36

    42.43

    45.36

    48.41

    52.23

    ZAS

    .65

    .66

    .69

    .7105

    .7135

    .715

    .716

    .72

    .741

    .742

    .763

    .765

    NOTA: Lo que se observa es que aquí no coincide la ZA experimental con la teórica real y la de pseudo orden, se le puede atribuir el error a la constante variación del flujo.

    Para el reactor 2':

    'Reactores'

    'Reactores'

    De forma experimental:

    'Reactores'

    T(min)

    10.7

    13

    15

    17

    21

    23

    25

    27

    29

    31

    33

    40

    ZAS

    .99971

    .99972

    .99972

    .99974

    .99974

    .99976

    .99977

    .99977

    .99978

    .99978

    .99978

    .99979

    CONCLUSION.

    NOTA: Como CAE y CAS varían respecto al tiempo, se obtendrá una ZAS conjugada a estas concentraciones, pero como en la tabla de resultados, se obtuvo una ZAS general, la cual es de 0.9999

    L