Analisis de reactor isotermico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS
PROYECTO No. 2: ANALISIS DE ARTICULO Modeling of Esterification in a Batch Reactor Coupled with Pervaporation for Production of n-Butyl Acetate


















EDISON OSVALDO OLAYA CORTES
308033










Profesor: Wilmar Osorio
ING. QUIMICOMANIZALES
CALDAS
2013





PROYECTO No 2: ANALISIS DE ARTICULO Modeling of Esterification in a Batch Reactor Coupled with Pervaporation for Production of n-Butyl Acetate


Introducción

Las reacciones de esterificación son muy utilizadas en la industria química debido a la importancia y utilidad de los productos que allí son elaborados, un ejemplo es el n-Butil Acetato elcual sirve para otros procesos en la industria. Esta esterificación se desarrolla en un reactor Batch acoplado a una Membrana (PVE) la cual tiene selectividad por algunos compuestos presentes en la solución. La reacción ocurre en fase liquida por lo cual se analiza la no idealidad de la mezcla por el método UNIFAC. El catalizador utilizado para la esterificación es Zr(SO4)2·4H2O y un aspectoimportante es la pervaporación en el sistema Membrana PVE.

1. Métodos de Cálculo
El reactor Batch con Membrana opera bajo condiciones de estado estable:

Consideraciones:
1-
2- Estado estable
3- Proceso Isotérmico
4- Reacción Reversible
5- No hay cambio de moles
6- Reacción en fase liquida no ideal



1.1 Modelo Matemático

Ley de Velocidad



Donde y son las constantes develocidad en , es la actividad del componente, es la concentración del componente. Las unidades de velocidad son

Ecuación de Diseño
El análisis del reactor se desarrolla en moles por lo cual

La ecuación de diseño aplica a estado estacionario en términos del cambio en las moles de la reacción con respecto al tiempo sin entradas ni salidas de flujo junto con la interacción de los componentesen el sistema membrana reactor (pervaporación):


Por lo cual el sistema de ecuaciones Edo para los componentes es:
SUSTANCIA
ECUACION DE DISEÑO
A

B

E

W

Tabla No. 1 Ecuación de diseño para cada componente

Pervaporación
La per vaporación se calcula por medio del flujo que penetra a la membrana dependiendo de la interacción de las especies con el agua. Ésta se puede definircomo:



SUSTANCIA
ECUACION DE DISEÑO
A

B

E

W

** Fue determinada experimentalmente
Tabla No. 2 Flujo de pervaporación para cada componente en términos de W (Agua)

Sistema

Jw (g/(m2h))
Ep (J/mol)
Ap (m/h)
W/B
12.2 - 16.5
154 – 184
9100
0.830
W/E
432 - 441
150 – 196
13480
3.665
W/A
9 - 10.8
176 – 192
4450
0.145
Tabla No. 3 Parámetros de per vaporación enmezcla binaria agua / componente i

Parámetros Modelo UNIFAC para mezcla Cuaternaria
Datos obtenidos experimentalmente de la mezcla cuaternaria para esterificación del n – butanol.

Grupo
CH3
CH2
COOH
COOC
CCOH
H2O
R
Q
CH3
0
0
663.5
232.1
737.5
1318
0.9011
0.8480
CH2
0
0
663.5
231.1
737.5
1318
0.6744
0.5400
COOH
315.3
315.3
0
-256.3
-17.59
-292
1.3013
1.2240COOC
114.8
114.8
660.2
0
109.9
1135
1.9031
1.7280
CCOH
-87.93
-87.93
77.61
76.20
0
285.4
1.8788
1.6640
H2O
580.6
580.6
225.4
-455.4
-148.5
0
0.9200
1.4000
Tabla No. 4 Parámetros UNIFAC mezcla cuaternaria



2. Resultados

2.1 Solución Modelo UNIFAC
Con este modelo se puede determinar la actividad de los componentes en la mezcla cuaternaria, ésta a su vez dependede la composición de cada especie en dicha mezcla por ende el sistema ha de resolverse simultáneamente.

Grafica No. 1 Coeficientes de actividad vs tiempo por método Unifac

2.2 Conversión de n-Butanol
Debido a que n-Butanol es el reactivo límite para el caso de estudio la conversión se expresa en porcentajes del mismo por lo cual resulta:

Grafica No 2 Conversión del n-Butanol vs tiempo...