LABO II

1. REACTOR DE TANQUE
AGITADO EN SERIE

2. REACTOR DE TANQUE
AGITADO EN SERIE
OBJETIVOS:
Determinación de la constante especifica de
velocidad en la reacción en la saponificación.
Determinar como varia la conductividad en
relación al tiempo
Determinar como varia la concentración de NaOH
y CH3COONa con el tiempo
Determinar como varia la conversión de NaOH y
CH3COONa con el tiempo

3.  Consta de tres recipientes de
reactor conectados en serie,
REACTOR TANQUE cada uno de los cuales
contiene un agitador de
AGITADO EN SERIE hélice impulsado por un
motor eléctrico de velocidad
variable.
 Dos recipientes de reactivo y
dos bombas de alimentación
de velocidad variable
alimentan reactivos al primer
reactor de la línea.
 Cada reactor están equipados
con sondas de conductividad
de precisión para monitorear
el proceso. La conductividad
es mostrada en un medidor
digital sobre la consola
usando un interruptor de
selección, y las cuatro sondas
pueden ser conectadas al
accesorio de registro de
datos CEX-303IFD opcional
de Armfield.

4.  La Unidad de Reactores de
tanque agitado en serie de
Armfield está diseñada para
seguir la dinámica del
proceso de etapas múltiples
de mezcla perfecta.
 La unidad, autónoma y que
se monta en el banco de
trabajo, sólo requiere para la
operación una conexión con
un suministro eléctrico
monofásico.

5. FUNDAMENTO TEORICO
 Los reactores son conectados en serie. Así, un
flujo de salida de un reactor puede ser el flujo de
alimentación de un segundo. Cuando estos
arreglos son utilizados, es posible agilizar los
cálculos mediante el uso de la conversión. Es
decir, la conversión, X, es el número total de
moles de A que ha reaccionado hasta un punto
por mol de A para el primer reactor.
 Cuando hay mezcla perfecta la concentración es
uniforme a lo largo de toda la etapa e igual a la
de salida, por lo que ha dicha etapa se le
denomina IDEAL.

6. Un ejemplo de cómo se puede relacionar la conversión con los
volúmenes de reactores conectados en serie, es la siguiente
ilustración:
encontramos cómo están relacionados las
velocidades de flujo molar y la conversión mediante
las siguientes ecuaciones:

7. Donde de esta forma encontramos las definiciones para X1 y X3.
El balance de moles sobre la especie A para el
CSTR en serie es :
Donde el volumen es

8. En nuestro caso:
 La reacción a utilizar es la saponificación de Acetato de
Etilo con Hidróxido de Sodio.
 La reacción de saponificación corresponde a la hidrólisis de
un ester. Cuando los reactivos empleados son acetato de
etilo y NaOH, los productos resultantes son Acetato de
Sodio y Etanol.
CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH
 − 4007.2 
Kr = 63380 * exp 
 T


 
Donde:
l

 mol * seg 
Kr: constante de reacción 


T: Temperatura (K).

9. La cinética de esta reacción se considera de 2°
orden, sobre todo a bajas temperaturas. Esta
reacción es ligeramente exotérmica y en general
produce altas conversiones a temperaturas ambiente
y presión atmosférica.
Se recomienda trabajar a una temperatura dentro
de los reactores menores o iguales a 30° C para
evitar reacciones indeseadas.

10. FORMULAS A UTILIZAR
F
=
a
a * aµ
F + F
0
a b
F
b = * bµ b
F + F
0
a b
C =b ∞ O
para b ∠aO O
C =a ∞ O
para
b ≥a
O O

11. Λ = 0.07[1 + 0.0284(T − 294)] C
c∞ ∞
PARA T ≥ 294
Λ = 0.195[1 + 0.0184(T − 294)] a
ao o
PARA T ≥ 294
a =0
∞
Para
a ∠b
o o
a = (a − b )
∞ O O
Para a ≥b
o o

12. Λ a 0 = 0.195[1 + 0.0184(T − 294)] ao
Si a =0
∞
no
Λ =Λ +Λ
∞ C∞ a∞
 ΛaO − Λ1 
a1 = (a∞ − aO ) *   + aO
 ΛaO − Λ ∞ 

13. Λ a8 = 0.195[1 + 0.0184(T − 294)] a8

14. Λ −Λ
C =
1
C  
O
Λ− Λ
1 ∞
 O ∞
Para C =0O
La conversión XA
a −a C
X = =
1 1
O
X
a C
A C
O ∞

15. HALLANDO LA VELOCIDAD DE REACCION
. (Va
d )
= Fa − Fa −VKa
2
1
1
dt
O 1
o = Fa − Fa −VKaO
1 1
2
( Fa + Fb )(aO − a1equilibrio )
K= 2
Va1equilibrio
K =mol/dm3seg

16. CONVERSION DE LA
REACCION:
ao − 1
a
Xa =
ao
C
Xc =  ( para : Co = )
0
C∞
Calculando la Constante de Velocidad Especifica, k:
Velocidad de cambio en el reactor =Entrada – Salida
+ Acumulación
d (Va1 ) 2
= Fao − Fa1 −V .k .a1
dt

17. MATERIALES Y EQUIPOS
 Hidróxido de Sodio 0.04M.
 Acetato de etilo 0.04M.
 Agua destilada.
 Cronometro
 Vaso de precipitado de l litro.
 Recipientes de descarga.
 Equipos de descarga tanque agitado
en serie (ARMFIELD CEP-MK II).

18. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
 Preparar 5 litros de NaOH 0.04M y acetato de
etilo de la misma cantidad y concentración y
depositarlos en los tanques de almacenamiento
de reactivo del equipo, a un nivel
aproximadamente de 5cm del tope y taparlos.
 Fijar los controles de velocidad de flujo de las
bombas alrededor de 70ml/min de caudal.
 Establecer la velocidad de los agitadores a un
valor de 7.0.
 Prender ambos controles, los de la bomba y los
agitadores en el modo manual y encender el
equipo.
 Proceder a la lectura de datos de la
conductividad cada 30 seg hasta que este se
mantenga constante, alrededor de 45 min. ( se
seleccionara un sensor de conductividad).

19.  La reacción de saponificación:
CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa +
C2H5OH

20. DATOS
 Temperatura (T) = 293.15°K
 Volumen del reactor (V) = 700ml = 0.7dm3.
 Caudal de alimentación de NaOH (υ0A) =
70ml/min = 1.167x10-3dm3/seg.
 Caudal de alimentación de CH3COOC2H5 (υ0B) =
1.167x10-3dm3/ seg.
 Concentración de NaOH en el tanque de
alimentación (aμ) = 0.04 mol/ dm3.
 Concentración de CH3COOC2H5 (bμ) = 0.04 mol/
dm3.

21. REACTOR 1:
au = bu = 0.04mol / dm3
ao = 0.5 * 0.04 = 0.02mol / dm3 = bo
C ∞ = ao = 0.02mol / dm3
ΛC∞ = 0.070[1 + 0.0284( 300 − 294 )] * 0.02 =1.64 * 10 −3 siemens
Λao = 0.195[1 + 0.0184( 300 − 294 )] * 0.02 = 4.33 * 10 −3 siemens
Ca∞ = (Cao − Cbo) ⇒co = 0
⇒Λ = Λ = 4.33 * 10 −3 siemens
o ao
a∞ = 0  puesto.que  ao = = 0.02mol / dm3
bo
Λ∞ = ΛC∞ + Λa∞ ⇒Λa∞ = 0
⇒Λao = ΛC∞ =1.64 * 10 −3 siemens

22. Ahora procedemos a calcular la concentración de
NaOH(a), la concentración de CH3COONa(c), la
conversión de NaOH y la conversión de CH3COONa.
Para t = 30 seg.
 4.39 − 4.18 
a = ( 0 − 0.02 ) *   + 0.02 = 0.01888476mol / dm3.
 4.39 −1.67 
 4.39 − 4.18 
c = 0.02 *   = 1.11524 * 10 −3 mol / dm3.
 4.39 −1.67 
0.02 − 0.018088
X NaOH = = 0.05576208
0.02
1.91176 * 10 −3
X CH 3COONa = = 0.05576208
0.02

23. De manera similar procedemos con los demás
valores y se constituye la tabla:
CONDUCTIVIDA CH3COO CONVERSIO CONVERSIO
TIEMPO D NaOH(a) Na N N
(seg) (milisiemens) (mol/dm3) (mol/dm3) NaOH CH3COONa
0 4.33 0.02 0 0 0
0.0185130 0.0014869
30 4.13 1 9 0.07434944 0.07434944
0.0181412 0.0018587
60 4.08 6 4 0.0929368 0.0929368
0.0179182 0.0020817
90 4.05 2 8 0.10408922 0.10408922
0.0176208 0.0023791
120 4.01 2 8 0.11895911 0.11895911
0.0175464 0.0024535
150 4 7 3 0.12267658 0.12267658
0.0173234 0.0026765
180 3.97 2 8 0.133829 0.133829
0.0171003 0.0028996
210 3.94 7 3 0.14498141 0.14498141
0.0168773 0.0031226
240 3.91 2 8 0.15613383 0.15613383

24. 270 3.89 0.01672862 0.00327138 0.16356877 0.16356877
300 3.86 0.01650558 0.00349442 0.17472119 0.17472119
330 3.84 0.01635688 0.00364312 0.18215613 0.18215613
360 3.82 0.01620818 0.00379182 0.18959108 0.18959108
390 3.8 0.01605948 0.00394052 0.19702602 0.19702602
420 3.77 0.01583643 0.00416357 0.20817844 0.20817844
450 3.75 0.01568773 0.00431227 0.21561338 0.21561338
480 3.73 0.01553903 0.00446097 0.22304833 0.22304833
510 3.71 0.01539033 0.00460967 0.23048327 0.23048327
540 3.7 0.01531599 0.00468401 0.23420074 0.23420074
570 3.68 0.01516729 0.00483271 0.24163569 0.24163569
600 3.66 0.01501859 0.00498141 0.24907063 0.24907063
630 3.65 0.01494424 0.00505576 0.2527881 0.2527881
660 3.63 0.01479554 0.00520446 0.26022305 0.26022305
690 3.62 0.01472119 0.00527881 0.26394052 0.26394052
720 3.61 0.01464684 0.00535316 0.26765799 0.26765799
750 3.6 0.01457249 0.00542751 0.27137546 0.27137546

25. TIEMPO vs. CONDUCTIVIDAD TIEMPO vs. NaOH(a) y CH3COONa(c)
REACTOR 1 REACTOR 1
5
0.025
NaOH y CH3COONa
4 0.02
(mol/dm3)
CONDUCTIVIDAD
0.015
(milisiemens)
3
0.01
2
0.005
1 0
0 0 200 400 600 800 1000 1200
0 200 400 600 800 1000 1200 TIEMPO (seg)
TIEMPO (seg) NaOH(a) CH3COONa(c)
TIEMPO vs. CONVERSION DE NaOH Y
CH3COONa
REACTOR 1
NaOH y CH3COONa
0.35
CONVERSION de
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0 200 400 600 800 1000 1200
TIEM PO (seg)

26. Determinamos la CONSTANTE DE VELOCIDAD
ESPECIFICA para el REACTOR 1:
En el estado estacionario la concentración del
Hidróxido de Sodio es:
mol mol
a o = 0.02 a = 0.01427509
dm 3 dm 3
La velocidad de reacción:
rA= - Kab = - Ka2
Para reacciones en fase liquida: υ = υ0
υ o * ( ao − a ) (υ oA + υ oB ) * ( ao − a )
K= 2
= 2
a a

27. Reemplazando valores se
tiene:
K=
(1.1667 + 1.1667 ) *10 −3
* ( 0.02 − 0.01427509 )
2
0.7 0.01427509
mol
K =0.09365 3
dm − seg

28.  Hacer el mismo procedimiento para
los reactores 2 y 3.

29. Muchas Gracias...