UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS I
PRÁCTICA # 5 TEMA: Velocidad de Reacción Constante en un Reactor Continuo de Tanque Agitado RESUMEN (qué hizo, cómo hizo, qué obtuvo, qué concluye) DESCRIPTORES: Mínimo cuatro 1. OBJETIVOS 1.1. Operar un Reactor Continuo de Tanque Agitado en conjunto con la unidad de servicio controlado por computadora CEXC. 1.2. Identificar las partes básicas que conforman a un reactor CSTR Isotermo. 1.3. Estudiar la hidrólisis del acetato de etilo en un reactor CSTR. 1.4. Determinar la concentración de una solución a partir de la conductividad. 1.5. Determinar la conversión de la reacción de hidrólisis del acetato de etilo. 2. TEORÍA 2.1. Reactor Continuo de Tanque Agitado (CSTR). 2.2. Ecuación de Diseño. 2.3. Conductimetría. 2.4. Conductividad Molar. 2.4.1. Variación de la conductividad con la concentración (Ley de Kohlrausch). 2.4.2. Influencia de la temperatura en la conductividad. 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. Materiales y Equipos 3.1.1. Equipo CEXC de Armfield 3.1.2. Reactor Continuo de Tanque Agitado Rango: XXXX 3.1.3. Termopares 3.1.4. Sensor de Rango Doble de Conductividad 3.1.5. Intercambiador de Calor de Serpentín 3.1.6. Balanza Analítica 3.1.7. Vasos de Precipitación 3.1.8. Probetas 3.1.9. Balones Aforados 3.1.10. Pipetas
Ap.: XXXX
*Investigar cuáles son los Rangos y Apreciaciones de los Materiales 3.1.2 a 3.1.5.
3.2. Sustancias y Reactivos Fórmula: 3.2.1. Acetato de Etilo 0,1 M XXXX(ac.) 3.2.2. Hidróxido de Sodio 0,1 M 3.2.3. Agua destilada 3.3. Procedimiento 3.3.1. Armar el equipo CEXC como se indica en el Anexo A.
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3.3.2. Preparar 2,5 L de una solución 0,1 M de acetato de etilo, y colocar en el recipiente 1 de alimentación del equipo. 3.3.3. Colocar 2,5 L de agua desmineralizada en el recipiente 2 de alimentación del equipo. 3.3.4. Iniciar el software “CEXC de Armfield: CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR”, y escoja la opción “Experimentar con el Calentador”. 3.3.5. Introducir el sensor de conductividad y el termopar en la solución de NaOH, con la ayuda del Software ver su valor en la pantalla de la computadora y anotar estos valores. 3.3.6. Dentro del Software ir a “SAMPLE” ubicado en la barra de herramientas y colocar a que intervalos de tiempo se desea que se muestree la conductividad: Los datos de conductividad se tomarán luego de alcanzar el estado estacionario y esto ocurre aproximadamente a los 30 minutos. Es recomendable establecer los datos por un período de 45 minutos. 3.3.7. Ajuste el controlador de velocidad de ambas bombas a 40 cm 3/min de caudal en el software. 3.3.8. Llene la concentración de ambas soluciones en sus respectivas casillas en el software. 3.3.9. Llene el volumen del reactor en la casilla en el software. 3.3.10. Establecer la velocidad del agitador del reactor a un 50%. 3.3.11. Colocar agua desmineralizada dentro del intercambiador de calor hasta el tope, y activarlo colocando el controlador de temperatura PID según la configuración para un experimento continuo en el software. Ajuste el punto del PID a 30°C 3.3.12. Cambiar “MODO DE OPERACIÓN” del PID a “AUTOMÁTICO”. 3.3.13. Presionar el botón “POWER ON” y; las bombas y el agitador comenzarán a funcionar. 3.3.14. A continuación, presione los botones “HEATER” y “HOT WATER CIRCULATOR”, y el agua comenzará a recircular a través de todo el sistema, incluido el reactor. 3.3.15. Presionar el btón “GO” de la barra de herramientas. 3.3.16. Los resultados obtenidos guardar en una carpeta como archivo de Excel. 3.3.17. Desconectar las conexiones del equipo y hacer la respectiva limpieza del mismo. NOTA: Cuando se manipulan estos productos químicos, es esencial llevar protección: ropa, guantes y gafas de seguridad. Retire las tapas de los recipientes de los reactivos y llene cuidadosamente a un nivel aproximadamente a 50 mm del plano y vuelva a colocar las tapas. 3. RESULTADOS EXPERIMENTALES 3.1. Resultados del Software Tabla 3.1-1 Resultados del software CEXC de Armfield: CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR
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*Copiar del archivo de Excel la tabla de resultados proporcionado por el software del equipo.
4. REACCIONES A(ac.) + B(ac.)
P(ac.) + Q(ac.)
Ec. XXXX
5. CÁLCULOS 5.1. Cálculo de la Concentración del Hidróxido de Sodio en la Alimentación
= + ∗
Ec. XXXX
5.2. Cálculo de la Concentración de Acetato de Etilo en la Alimentación
= + ∗
Ec. XXXX
5.3. Concentración de Acetato de Sodio en un Tiempo Infinito
= =
Ec. XXXX Ec. XXXX
5.4. Cálculo de la Conductividad del Acetato de Sodio en un Tiempo Infinito
= , [ + , ()]
Ec. XXXX
5.5. Cálculo de la Conductividad del Hidróxido de Sodio en un Tiempo Inicial
= , [ + , ()]
Ec. XXXX
5.6. Cálculo de la Concentración del Hidróxido de Sodio Después de un Tiempo Infinito
= ( )
Ec. XXXX
5.7. Cálculo de la Conductividad del Hidróxido de Sodio en un Tiempo Infinito
= , [ + , ()]
Ec. XXXX
5.8. Cálculo de la Conductividad Después de un Tiempo Infinito
= + Ec. XXXX = ℎó .
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5.9. Cálculo de la Concentración de Hidróxido de Sodio en un Tiempo Determinado − Ec. XXXX =( ) − +
∗� = . ∞
5.10. Cálculo de la Conversión del Hidróxido de Sodio
= −
Ec. XXXX
5.11. Cálculo de la Conversión del Acetato de Sodio
= −
Ec. XXXX
6. RESULTADOS TEÓRICOS *Copiar del archivo de Excel la tabla de resultados proporcionado por el software del equipo.
7. DISCUSIÓN 8. CONCLUSIONES (MÍNIMO 4) 9. APLICACIONES (MÍNIMO 3) 10. BIBLIOGRAFÍA 10.1. Citas bibliográficas 10.2. Bibliografía 11. ANEXOS 11.1. Diagrama del Equipo (Ver Anexo XXXX) 11.2. Diagrama = ( ) (Ver Anexo XXXX) 11.3. Diagrama = ( ) (Ver Anexo XXXX)
12. CUESTIONARIO 12.1. Comente sobre los resultados obtenidos. ¿Cómo la temperatura afecta la velocidad de reacción? y la conversión? 12.2. Con la ayuda de los resultados del Software, investigar como determinar la constante de la velocidad de reacción. 12.3. Con la ayuda de los resultados del software, determinar la energía de activación del sistema. Además, determinar el factor de frecuencia. 12.4. Con los resultados obtenidos del literal 12.3 completar la siguiente ecuación:
− =∗
(°, , °, )
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12.5. ¿Cuáles son las unidades del factor de frecuencia? ANEXOS ANEXO A DIAGRAMA DEL EQUIPO
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ANEXO B NOMENCLATURA
í 1 1
ó ℎó ó ó ℎó ó ℎó é ó ℎó é ∞ ó ó ó é ó ℎó é ó ó ℎó ó : : ∞ ℎó ó é ó
/3 3/ 3 / /3 /3
