reactor tubular

Práctica número
Diseño de un reactor tubular para la hidrólisis de acetato de etilo


OBJETIVO: Diseñar un reactor tubular experimentalmente y utilizar la ecuación de diseño para determinar la constante cinética de la reacción de la saponificación del acetato de etilo con NaOH en fase acuosa(hidrólisis alcalina de un éster) una temperatura dada.


FUNDAMENTO TEÓRICO


El reactortubular consiste sencillamente en un tubo, a lo largo del cual fluye la mezcla reaccionante a condiciones tales (temperatura, concentraciones), que ocurre la reacción química, es un equipo que consta de un tubo al cual se alimentan los reactivos por un extremo y se descargan los productos por el otro extremo.

En esta práctica se efectuará el estudio cinético de la reacción de saponificación delacetato de etilo con sosa. La reacción de saponificación del acetato de etilo es una reacción irreversible que puede representarse del siguiente modo:

CH3-COO-CH2-CH3 + NaOH CH3-COONa + CH3-CH2OH

La reacción de saponificación se realiza en exceso de acetato de etilo. Por lo tanto, la concentración de acetato de etilo puede suponerse constante durante la reacción. Entonces, la velocidad a laque se realiza este proceso va a depender únicamente de la concentración de NaOH en el medio de reacción.

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Características

Normalmente opera en estado estable.
No existe agitación mecánica y ésta se lleva a cabo en forma natural a causa de la turbulencia de las corrientes de entrada
Es un proceso continuo en el que la conversión se da en función de la longitud del tubo y el tiempode reacción no tiene ningún significado.
En un punto dado del reactor la conversión siempre es la misma, mientras no existan cambios en las demás condiciones

Es suficiente utilizar el balance de materia, cuando se trata de un proceso isotérmico, y así obtener la relación que existe entre la conversión y el volumen o la longitud del reactor.

Debido a que en un proceso continuo en estadoestable no existe acumulación de materia este término se desprecia en los balances




Siendo la ecuación general:




Separando variables e integrando, la ecuación de diseño normalmente se expresa como:


En una representación gráfica de , el miembro derecho de la ecuación anterior es el área bajo la curva.


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Para una reacción simple se pueden tener diversas situaciones comola de una reacción irreversible, elemental, en la que es aplicable la ecuación de Arrhenius, y donde la variación de volumen es lineal con respecto a la conversión. En tal caso es importante considerar las siguientes relaciones para la obtención de la ecuación de diseño del reactor tubular:



Tomando en consideración que el volumen del tubo puede ponerse en función de la longitud, ysuponiendo que trata de un reactor con sección circular, la ecuación de diseño queda como sigue, utilizando las relaciones y si la variable independiente es el volumen:



Si la variable independiente es la longitud y la geometría del reactor es circular:



donde : A - factor de frecuencia de la ecuación de Arrhenius
| [A]o - concentración inicial de reactivo limitante
[A] -concentración de reactivo limitante a cualquier tiempo
A - factor de expansión
E - energía de activación de la ecuación de Arrhenius
FAo - flujo másico o molar de reactivo limitante
k - constante específica de velocidad
n - orden global de la reacción
-rA - velocidad de reacción
R - constante universal de los gases
T - temperatura absoluta
L - longituddel reactor
XA- conversión
Vo - volumen inicial de la mezcla reaccionante
V - volumen del fluido
D - diámetro del reactor

Las ecuaciones 2.21 y 2.22 permiten encontrar la relación entre la conversión y ya sea el volumen o la longitud del reactor a una temperatura dada. Sin embargo si se conoce la constante específica de velocidad puede obtenerse dicha relación con una...