Reactores Homogéneos

INTRODUCCIÓN
El balance de materia para reactores discontinuos, y el sistema reaccionante considerado es

Las expresiones (1) y (2) son el punto de partida para arribar a la ecuación de diseño.

La ecuación (3) es la ecuación de diseño para un reactor discontinuo ideal en función de la conversión, donde:
k1 =constante específica de velocidad a la temperatura de trabajo, min-1
XA =conversión de A
t = tiempo, min
OBJETIVO
* Estudiar la variación de la conversión (XA) en función del tiempo en un reactor tanque discontinuo isotérmico utilizando la reacción de hidrólisis del anhídrido acético.
* Comparar la curva experimental XA en función del tiempo con la teórica obtenida gracias a la ecuación de diseño para un reactor tanque ideal.

MATERIAL UTILIZADO
* Pipetas de 5,10 y 20 mL
* Buretas de 50 mL
* Vasos de precipitado
* Matraces
* Erlenmeyers
* Cronómetro

EQUIPO
* Reactor tanque discontinuo isotérmico (Figura 1)

Figura 1 – Diagrama del equipo experimental

A: agitador
BRC: baño termostático
DT= regulador de temperatura BRC
IMC: intercambiador de mezcla completa
OR: orificio para el ingreso de reactivos
OM: orificio para laextracción de muestra
R: reóstato
T: termómetro

REACTIVOS
* Hidróxido de sodio
* Biftalato de potasio
* Anhídrido acético
* Anilina
* Agua destilada
* Indicador ácido-base: fenoftaleína

PARTE EXPERIMENTAL

1) Determinación de la normalidad de la solución de hidróxido de sodio.
Se determinó el título de una solución de hidróxido de sodio utilizando comoreactivo titulante biftalato de potasio. La normalidad de la solución fue 0,02N
2) Inicio de la reacción de hidrólisis. Muestreo. Titulación.
Durante la reacción de hidrólisis de anhidirdo acético que se desarrollaba en el reactor se tomaron muestras de aproximandamente 5 mL durante 20 min. Se tomaron 8 muestras que fueron esperadas en erlenmeyers que contenían 20 ml de agua destilada y 1,5 mlanilina con el fin de detener la reacción. A demás fueron tomadas 3 muestra al inicio, a la mitad y al final de la experiencia que se esperaron en erlenmeyers (A, B y C) que sólo contenían agua destilada. En ellos el anhídrido acético reacciono en forma completa. En los 8 erlenmeyers donde se desarrolló la reacción de detención se tituló con NaOH de título conocido y de esta manerá se determinóCAcH(1+2). En los erlenmeyers A, B y C se tituló sólo el ácido acético procedente de la reacción de hidrólisis (CAcH). Cada erlenmeyer fue pesado antes y después de contener la muestra con el fin de obtener el volumen exacto de muestra que se agregó.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

1) Trazado de curva teórica (XA vs tiempo).
Para el trazado de la curva teórica es preciso el conocimiento de laconstante de velocidad de la reacción de hidrólisis (k) a la temperatura de trabajo. Para ello se gráfico ln k vs 1/T ( Gráfico 1) haciendo uso de datos teóricos conocidos (Tabla 1) y mediante el uso de la ecuación asociada a la recta se determino k . Dado que la experiencia fue efectuada durante dos temperaturas de trabajo se obtuvieron dos valores de k cuyas magnitudes fueron: 0,13126 min-1 (T=22,5°C) y0,18279 min-1 (T=28°C).
Tabla 1 - Valores de k a distintas T
T(ºc) | k(min-1) | T(K) | ln k | 1/T |
15 | 0,0817 | 288,15 | -2,50470128 | 0,00347041 |
25,3 | 0,1565 | 298,45 | -1,85469927 | 0,00335064 |
35,2 | 0,2763 | 308,35 | -1,28626805 | 0,00324307 |

Gráfica 1 – ln k vs 1/T

El análisis volumétrico de las muestras permitió el conocimiento de CAcH(1+2) y CAcH, gracias a estosdatos y usando las ecuaciones 4 y 5:

se obtuvieron CA0 y CA precisos para finalmente utilizar la ecuación de diseño (ecuación 3), obtener los valores de XA a los distintos tiempos y graficar (Gráficos 2 y 3). Los resultados se encuentran expuestos en las tablas 2 y 3.

2) Trazado de curva experimental.
Con los valores experimentales de CA0 y CA y teniendo en cuenta que:

se determina...