UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICALABORATORIO DE INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

29/07/2014

SAPONIFICACIÓN DE ACETATO DE ETILO CON HIDRÓXIDO DE SODIO EN UN REACTOR TUBULAR

RESUMEN

La saponificación del acetato de etilo se realizo en un PFR. Se midieron experimentalmente las diferentes conductividades y, conocida la concentración inicial, se pudo obtener el valor de la constante de velocidad de la reacción.

Se comparó la conversión lograda en el laboratorio, con la que se halla suponiendo reactor ideal, verificándose la desviación con el comportamiento de un reactor ideal.

También se pudo determinar el régimen de flujo en el reactor tubular, el cual es laminar y determinar el tiempo espacial.

Palabras claves: PBR, saponificación, conversión, régimen de flujo, tiempo espacial.

ABSTRACT

Saponification of ethyl acetate was performed on a PFR. Different conductivities are measured experimentally and, knowing the initial concentration, it was possible to obtain the value of the rate constant of the reaction.

Conversion achieved in the laboratory, with the assumption that the ideal reactor is, verifying the deviation from ideal behavior compared reactor. It was also possible to determine the flow rate in the tubular reactor, which is laminar and determine the space-time.

Keywords: PBR, saponification, conversion, flow rate, space time.

OBJETIVOS 1. Establecer la ecuación

de diseño de reactores

PFR.

2. Determinar el efecto de

la variación del flujo

volumétrico en el

tiempo de residencia y

la conversión.

3. Calcular los cambios

de entalpía que

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acompañan las

reacciones químicas.

4. Examinar cuantitativa y

cualitativamente el

efecto de las

desviaciones del

comportamiento ideal

de los reactores.

1. INTRODUCCIÓN

Un reactor PFR es básicamente un tubo donde se realiza una reacción con cambios axiales en la concentración, la presión y la temperatura. [1].

Los reactores PFR, a menudo, se construyen de muchos tubos de pequeños diámetros y de grandes longitudes y se emplean con fluidos a grandes velocidades y pequeños tiempos espaciales. Esto minimiza el mezclado axial del fluido, limita los perfiles radiales de temperatura y provee el área de transferencia de calor necesaria. Los tubos se arreglan en un banco como en los intercambiadores de calor [2].

2. CALCULOS SOLICITADOS

Calcule el tiempo espacial para las

pruebas realizadas.

τ: Tiempo espacialV: volumen del reactorvprom: caudal promedio de la entrada y salida

El volumen del reactor de calcula con:

Cálculo del área

Área=π D2

4

Tabla 1. Resultados de tiempo espacial para cada prueba realizada

τ1 τ20,207557393 0,318493241

Calcule la conversión para cada uno de

los flujos utilizados.

X=C AO−C A

CAO

CAO= Concentración inicial de hidróxido de sodio. CA= Concentración en determinada posición del reactor Teniendo en cuenta la curva de calibración y el valor de la última conductividad tomada para cada experimento, se hallo el valor de la

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concentración a la salida del PFR y luego con la concentración inicial se determino la conversión.

Tabla 2. Resultados de conversiónX1 X2

90,15 85,371

Calcule la conversión suponiendo que el

reactor se comporta como un reactor

ideal

X=k CA 0 τ [1− k CA 0 τ2

ln(1+ 2kC A0 τ )]

Para hallar la constante de velocidad se hace uso de la cinética de la reacción y la ecuación de Arrhenius:

K (T )=Ae−E /RT

Donde: K = Velocidad de reacción especifica con respecto a temperatura

A = Factor exponencial o factor de frecuencia

E = Energía de activación = Cal/mol

T = Temperatura absoluta R = Constante de los gases cal/mol.K

Tabla 3. Resultados de conversión suponiendo idealidad

X1 X20,400869648 0,61176114

Calcule el calor de reacción.

Par Dada la reacción de saponificación:

CH 3COOC 2H 5+NaOH→CH 3COONa+C2H 5OH

El calor de reacción está definido por:

∆ H R(T )=(∆ H °R )Tref

Debido a que el delta de temperaturas es muy pequeño comparado al de referencia de 25°C, entonces:

∆ H °f=∆ H °f Tref (productos )−∆ H °f Tref (reactivos )∆ H °R=H °f CH 3COONa+H° f C2 H 5OH−H °f CH 3COOC2H 5−H° f NaOH = -75655.476 J/mol Calcule el número de Reynolds para

cada una de las pruebas, indicar si el

flujo es laminar o turbulento

DV

Re

Donde:ρ = densidad del fluido (Kg/m3)D = diámetro del reactor tubular (m)V = velocidad de flujo (m/s)μ= viscosidad del fluido (Ns/m2)La velocidad de flujo que calcula V=caud al /área Cálculo del área

Área=π D2

4=3,1416∗10−6m2

Tabla 4. Resultados de número de Reynols

Velocidad de flujo1

Velocidad de flujo 2

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849,8854087 553,8579068Reynolds 1 Reynolds 2

1,950139822 1,270877637

Tabla. Resumen de resultados

Resumen de resultados

Parámetros cinéticosOrden de reacción Energía de activación Factor pre exponencial

2

14641

36.05

Caudal de entrada (mL/min)Caudal 1Caudal 2

3020

Número de ReynoldsRe1Re2

1.951.27

Tiempo espacialτ1τ2

0.20750.3185

Conversión real

X1X2

90.1585.371

Conversión idealX1X2

0.40.61

Calor de reacción -75655J/mol

2. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

Las propiedades en un punto

determinado del reactor son

constantes con el tiempo. Este

modelo supone un flujo ideal de

pistón, y la conversión es función de

la posición. En este tipo de reactor la

composición del fluido varia de un

punto a otro a través de la dirección

del flujo, esto implica que el balance

para un componente dado de la o las

reacciones químicas implicadas o

debe realizarse en un elemento

diferencial de volumen [1].

Si desde el punto de vista anterior se

analiza la conversión, se puede

observar que a mayor tiempo de

residencia en el reactor mayor es la

conversión, lo que implica menor

velocidad, o un PFR más largo.

3. CONCLUSIONES

Se puede observar que a

mayor velocidad la conversión

disminuye, pues al disminuir

el tiempo de residencia en el

reactor menor es el contacto

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entre los reactivos por tanto

es menor la conversión.

Se puede apreciar que la

suposición de reactor ideal no

aplica a este reactor pues la

conversión es muy baja. Y

además es una reacción

exotérmica.

Dado de su resultado de

número de Reynolds, su flujo

es laminar.

BIBLIOGRAFIA

[1] H.S. Fogler, Elementos de ingeniería de las reacciones químicas, 3 ed. México: Prentice Hall, 2001.

[2] O. Levenspiel, Ingeniería de las reacciones químicas. México. Limusa Wiley, 2004.

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