REACTOR BATCH ADIABATICO

I.- OBJETIVOS

Construir las curvas de (T vs t) y (Ca vs t). Determinar sus ecuaciones de balance de acuerdo a sus condiciones de

operación y calcular la ∆Hr:.

II.- FUNDAMENTO TEORICO:Reactor batch no isotérmico:

En esta parte derivaremos el balance de energía para el reactor batch que opera de manera no isotérmica para el caso de una reacción. Posteriormente generalizaremos el balance de energía para el caso de reacciones múltiples.

Observamos que el balance de energía para un sistema batch estaDado por:

- (2.1.1)

Donde, como se dijo anteriormente, la energía total Esist esta dada por:

(2.1.2)

Tomando la derivada con respecto al tiempo de esta ecuación:

(2.1.3)

Siendo,

(2.1.4)

Entonces,

(2.1.5)

Si suponemos ahora que tanto la presión P como el volumen V permanecen constantes con respecto al tiempo tenemos:

(2.1.6)

Sustituyendo la ecuación 2.1.6 en la ecuación 2.1.1:

- (2.1.7)

El término ∂Hi/∂t se puede evaluar de la expresión de definición de entalpía:

(2.1.8)

Derivando esta ecuación con respecto al tiempo:

(2.1.9)

Sustituyendo esta ecuación en la ecuación 2.1.7:

(2.1.10)

El término ∂Ni/∂t se evalúa del balance de materia para el componente i en un reactor batch::

(2.1.11)

Sustituyendo esta ecuación en la ecuación 2.1.10:

(2.1.12)

Siendo,

(2.1.13)

Despejando se tiene:

(2.1.14)

Sabemos además, de un simple balance de masa, que el número de moles del componente i, para una cierta conversión XA, esta dada por,

(2.1.15)

Entonces,

(2.1.16; 2.1.17)

Nótese que en la anterior ecuación hemos utilizado la siguiente igualdad,

(2.1.18)

Finalmente sustituyendo en la ecuación 2.1.14 obtenemos,

( 2.1.19)

PRACTICA

El sistema permite obtener la estequiometria de activación, factor de frecuencia y calor de reacción para la reacción exotérmica entre el peroxido de hidrogeno (H2O2) y el tiosulfato de sodio (Na2S2O3) usando la temperatura como variable de medición.

Posible reacciones entre (H2O2) y (Na2S2O3)

a) 2Na2S2O3 + H2O2 ===> Na2S4O6 + NaOHb) Na2S2O3 + H2O2 ===> Na2S4O6 + H2Oc) 3Na2S2O3 + 4H2O2 ===> 2Na2S3O6 + 2NaOH + 3H2Od) 3Na2S2O3 + 5H2O2 ===> Na2S4O6 + 2Na2SO4 + 5H2Oe) 2Na2S2O3 + 4H2O2 ===> Na2S3O6 + Na2SO4 + 4H2O

La reacción entre el H2O2 y Na2S2O3 es altamente exotérmicas y este acompañada por una elevada sustancial de temperatura a medida que progresa la reacción hasta su finalización. La medición de la temperatura de la mezcla de reacción como una función del tiempo, combinado con un conocimiento de la concentración de la mezcla inicial (t=0) es todo lo que se requiere para la determinación de las cantidades adecuadas

IV.-MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS:

Materiales:- Manguera delgada- Papel higiénico- Probeta de 100ml- Pipeta de 5ml- Pera de succión- Pastilla para el agitador - Balón de 500ml

Equipos:

- Un espectrofotómetro- Una celda

- Un agitador magnético- Una computadora- Un software instalado.

Reactivos:

- Solución de tiosulfato de 0.5M- Agua destilada- H2O oxigenada de 0.5M

V.- PROCEDIMIENTO:

Medimos 100ml de la solución de tiosulfato en una probeta lo cual se añadirá al balón de 500ml una vez agregada lo taponamos con la termocupla.

Verificamos el estado del programa para obtener la grafica deseada.

Comprobada las mejores condiciones del equipo prepararemos una dilución de agua destilada y H2O oxigenada de la siguiente manera

En un vaso precipitado (A) agregamos 50ml de agua destilada y en otro (B) 50ml de H2O oxigenada luego añadimos al vaso (A) el agua oxigenada de (B) la dilución formada tomara un color amarillo suave este proceso realizamos porque la concertación utilizada para cada solución es de 0.5M.

Para empezar encendemos el agitador y la dilución preparada lo añadimos al balón y lo taponamos lo mas rápido posible esperamos hasta que termine la reacción.

observamos la grafica formada por el programa en la pantalla hasta que sea estable y finalmente tomamos los datos para realizar los cálculos y obtener las siguiente grafica pedida.

VI.- CALCULOS Y RESULTADOS:

En un reactor se debe cumplir:

Qacumulado = Qgenerada + Qtransmitido

Trabajando en condiciones adiabáticas, el calor generado en la reacción química va ser absorbido por los productos de Reacción:

La cinética de reacción es:

Reemplazando la ecuación (2) en (1) e integrando bajo las condiciones iniciales:

Ca (t=0)=Cao y T (t=0)=To

Integrando résulta

(I)

Se asume como irreversible y los reactantes tienen la misma concentración inicial Ca =0 esta caracterizado por una temperatura T∞, esto conduce a una expresión para el calor de reacción:

(II)

Datos:

T0= 11ºC = 284.15KT∞= 22ºC = 295.15KCp* =1

CA0= 0.25M

Suplantando datos en la ecuación anterior (II):

En la ecuación (II) reemplazamos los datos y obtenemos el siguiente cuadro:

Datos:

Cao = 0.25M(-∆Hr) = 44Cp* = 1To = 284.15K

Ca=(0.25)-(1/44)(284.15-284.15)=0.25----(A)

Cuadro de datos t(s), T(°C), T(K), Ca   :

t ( s ) T ( ºC ) T(K) Ca

0 11 284.15 A=0.25

30 11 284.15 0.25

60 11 284.15 0.25

90 11 284.15 0.25

120 12 285.15 0.22727273

150 12 285.15 0.22727273

180 11 284.15 0.25

210 13 286.15 0.20454545

240 14 287.15 0.18181818

270 16 289.15 0.13636364

300 16 289.15 0.13636364

330 17 290.15 0.11363636

360 19 292.15 0.06818182

390 19 292.15 0.06818182

420 20 293.15 0.04545455

450 21 294.15 0.02272727

480 21 294.15 0.02272727

510 22 295.15 0

540 22 295.15 0

GRAFICA DE LA TEMPERATURA VS EL TIEMPO

GRAFICA DE LA CONCENTRACION Vs EL TIEMPO

ESTA SON LAS GRAFICAS REALIZADAS CON TODOS LOS DATOS OBTENIDOS POR LA COMPUTADORA

VII.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

- En la practica de laboratorio se llego a cumplir con lo deseado osea obtener los perfiles de temperatura y concentración respecto al tiempo.

- La reacción con líquidos permitió ver el perfil de concentración.- En la reacción utilizada no se llega a saber con exactitud cual es su ecuación cinética.

- Se recomienda medir bien las soluciones.

- Y para otra oportunidad hacer lo posible en tener en si un reactor adiabático porque el utilizado no cumple con las condiciones le falta el aislante correspondiente.

VIII.- BIBLIOGRAFIA:

- http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/01012.htm - Fogler, H.S. (2001) "Elementos de Ingeniería de la Reacciones Químicas". - Levespiel, O. (2004) "Ingeniería de las reacciones Químicas". -Clases teóricas de diseño de reactores. -Antonio Flores T. reactores no isotérmicos