Ingenieria

GUÍAS DE TRABAJOS PRÁCTICOS

TRABAJO PRÁCTICO No. 1

TEMA: COMPORTAMIENTO DE UN REACTOR TANQUE CONTINUO EN ESTADO TRANSIENTE

OBJETIVOS: Estudiar el comportamiento de un reactor tanque continuo en los estados transientes originados durante la puesta en marcha (etapa de llenado y posterior estabilización) y por el cambio instantáneo del caudal de alimentación. Comparar los resultadosobtenidos experimentalmente con los resultantes de una simulación numérica.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS: La reacción utilizada para el estudio es la hidrólisis alcalina del etanoato de etilo:

CH3COOC2H5 + NaOH  CH3COONa + C2H5OH
(A) (B) (C) (D)

en solución acuosa diluída. Esta reacción puede considerarseirreversible y la velocidad de reacción responde a la ley cinética:

rA = k.CA.CB

Esta reacción ha sido sumamente estudiada, y se ha encontrado la siguiente expresión para la constante cinética k:

k = 3,38.107.e-5817/T
[k] = L/gmol.s [T] = K

La expresión general del balance de masa para un reactor tanque continuo en estado transiente es:

dnj/d = Fj0 – Fj – rj.V (1)Durante la puesta en marcha del reactor, estando el mismo inicialmente vacío, pueden distinguirse dos etapas:

a) Llenado del reactor (volumen variable): en este caso la ecuación (1) se reduce a:

dnA/d = FA0 – (k.nA.nB/V) (2)

para el componente A, cumpliéndose además las relaciones:

V = Fv0. (3)

y

FA0. - nA = FB0. - nB (4)

Las condicionesde contorno correspondientes para el instante inicial ( = 0) son:

V = 0
nA = nB = 0
CA = CA0
CB = CB0
dnA/d = FA0

b) Estabilización a volumen constante: al cabo de un tiempo llenado= = VR/Fv0, el reactor estará lleno y comenzará la salida de productos. A partir de este momento, la expresión (1) se reducirá a:

dCA/d = (Fv0/VR).(CA0 – CA) – k.CA.CB (5)

para elcomponente A. En este caso no existe una relación directa explícita entre CA y CB, y por lo tanto es necesario plantear el balance para el componente B:

dCB/d = (Fv0/VR).(CB0 – CB) – k.CA.CB (6)

Las condiciones de contorno para (5) y (6), para el inicio de esta etapa ( = llenado) son:

CA = CA,llenado
CB = CB,llenado

La forma de (5) y (6) permite prever que el estadoestacionario (dCA/d = dCB/d = 0) se alcanzará solamente a tiempo infinito. No obstante, desde un punto de vista práctico, llega un momento en que no es posible detectar experimentalmente variaciones en las concentraciones de salida con el tiempo.
Por otra parte, si estando el reactor en estado “estacionario”, se modifica instantáneamente el valor de alguna variable operativa (por ejemplo, el caudal dealimentación), se producirá un nuevo estado transiente durante el cual las concentraciones de salida del reactor evolucionarán hacia otro estado de régimen correspondiente al nuevo valor de la variable. En este caso, dado que el volumen de la mezcla reaccionante permanece constante, son válidas nuevamente las ecuaciones (5) y (6), con las nuevas condiciones de contorno y valores de los parámetros.La integración tanto de la ecuación diferencial (2) como la de (5) y (6) puede efectuarse por cualquier método numérico adecuado (incrementos finitos, Euler, Runge-Kutta, etc.), pudiéndose obtener mediante la misma las evoluciones temporales de CA y CB.




TÉCNICA OPERATORIA

EQUIPO EXPERIMENTAL: el equipo a ser utilizado se muestra esquemáticamente en la figura adjunta.

DIAGRAMA DELEQUIPO EXPERIMENTAL




































El mismo posee dos recipientes de vidrio elevados, de 25 L de capacidad y graduados, para almacenamiento cada uno de los reactivos (soluciones acuosas de hidróxido sódico y etanoato de etilo). Durante la descarga de éstos, el aire ingresa por un tubos de vidrio dispuestos verticalmente, de modo que,...