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Laboratorio de reactores
1. UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
CARRERA DE INGENIERIAQUIMICA
GRUPO 6 MIERCOLES
ESTUDIANTES:
CORIA TAQUICHIRI TATIANA KAREN
OLIVERA HIDALGO OMARARNOL
OROSCO PEDRAZA GUIDO JUNIOR
PEREZ GARNICA DAYANA
RAMIREZ CONDORI JUANCARLOS
CARRERA: ING. QUÍMICA
DOCENTE: LOPEZ ARZE JAVIERBERNARDO
MATERIA: LABORATORIO DEREACTORES
GESTIÓN: 2-2018
FECHA: 23/11/2018
COCHABAMBA-BOLIVIA
DISTRIBUCIÓN DE TIEMPOS
DE RESIDENCIA EN
REACTORES DE FLUJO NO
IDEAL
2. 1. INTRODUCCION
Si supiéramos exactamente lo que sucede en el interior de un reactor, es decir si dispusiéramos de una
representación completa de la distribución de velocidades del fluido, podríamos predecir el
comportamiento del reactor.
Necesitamos conocer cuánto tiempo permanece cada una de las moléculas en el reactor, o más
exactamente la distribución de tiempos de residencia de la corriente del fluido. Se determina la DTR
por el método experimental de estímulo-respuesta:
2. OBJETIVOS
1.1. Objetivo General
Determinar la distribución de tiempos de residencia para dos tipos de reactores de flujo no
ideales: Reactor tubular y de tanque agitado continuo.
1.2. ObjetivosEspecíficos
Realizar un análisis y representación de distribución de tiempos de residencia (DTR) en un
reactor mezcla completa y un reactor flujo pistón.
Mostrar la variación de la idealidad del reactor tanque mezcla completa por medio de las
gráficas de distribución de edades E(t)
Determinar el número equivalentes de tanques de igual volumen para un reactor tubular.
Determinar la varianza de los reactores continuos utilizados en el laboratorio
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
E(t) se calcula a partir de mediciones de la concentración en la corriente de salida en unidades
arbitrarias, y la cantidad exacta inyectada de trazador no tiene que ser conocida.
0
)(
)(
)(
dttC
tC
tE
Variable adimensional de tiempo reducido esta definido como:
3.
t
0
)(
)(
)(
dttS
tS
E
El tiempo de residencia se podrá determinar experimentalmente de acuerdo a:
0
0
)(
)(
dttS
dtttS
La varianza esta definida como:
1
)(
)(
1
0
0
2
2
2
dttS
dttSt
Reactor mezcla completa
En un tanque mezcla perfecta corresponde a una curva exponencial
eE )(
/1
)( t
etE
Modelos de tanques en serie
)!1(
)1(
N
eN
E
NNN
NN
eN NNN
1
1
)!1(
)1(2
2
4. 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4.1 Materialesyreactivos
4.1.1. Materiales
Un sistema de alimentación
Una jeringa de 3 ml
Un matraz aforado de 25 mL
Un vaso pequeño de 100mL
4.1.2. ReactivoseInsumos
Agua destilada
Hidróxido de sodio comercial
4.1.3. Equipos
Un reactor tanque agitado continuo
Un reactor tubular
Un conductímetro o un pH-metro
Cronómetro
Balanza Analítica.
Motor eléctrico
4.2 Procedimiento Experimental
4.2.1 Calibracióndela ConductividadVs.ConcentraciónNaOH
Preparar una solución 0.1 M y medir su conductividad, diluir la muestra a 0.05 M, 0.01M,
0,005M y 0.002M leer su conductividad.
Medir la conductividad del agua potable.
Realizar el gráfico correspondiente así como la regresión lineal.
4.2.2 Funcionamiento del reactor ycalibracionesprevias
5. y = 0.2127x + 0.0001
R² = 0.9999
0.00E+00
5.00E-03
1.00E-02
1.50E-02
2.00E-02
2.50E-02
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
CONDUCTIVIDAD[S/CM]
CONCENTRACION [M]
CALIBRACION
Calibrar con agua potable las corrientes de entrada y salida a cada reactor de manera de
que no exista acumulación (TAC).
El reactor seleccionado se lo hace funcionar con agua
Con ayuda de una jeringa se inyecta 1 mL de solución 1 M de NaOH a la entrada del
reactor tubular y 5 mL de la misma solución al reactor tanque agitado, por separado.
Con ayuda del conductímetro medir y registrar la conductividad eléctrica del efluente de
cada reactor, con ello calcular la concentración del trazador ( NaOH) a través del tiempo
hasta que la concentración marque la conductividad del agua.
Con los reporte de la señal del conductímetro realizar los tratamientos correspondientes
para la RTD
Registrar cada 10 segundos el valor de la conductividad para el TAC y para el tubo cada 30
segundos, hasta el estado estacionario.
Convertir los valores de conductividad a equivalentes de conversión.
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS
5.1 Relación conductividad eléctrica y concentración de Hidróxido de Sodio
Los resultados obtenidos en la calibración se resúmen en la Tabla 1
6. 𝐴 = 1.06 ∗ 10−4
𝐵 = 0.2127
𝑟 = 0.99994
𝑌 = 𝐴 + 𝐵𝑋
[ 𝐶𝑂𝑁𝐶𝐸𝑁𝑇𝑅𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 𝑁𝑎𝑂𝐻] = 1.06 ∗ 10−4 + 0.2127 ∗ 𝐶𝑂𝑁𝐷𝑈𝐶𝑇𝐼𝑉𝐼𝐷𝐴𝐷
5.1 Reactor Tubular
Moles de NaOH totales en el trazador:
40 𝑚𝐿 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻
1000 𝑚𝐿 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑥
40 𝑔𝑟. 𝑁𝑎𝑂𝐻
1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻
= 0,16𝑔𝑟 𝑁𝑎𝑂𝐻
En la Tabla 2 se detallan los datos de experimentales de la conductividad eléctrica:
El gráfico correspondiente a la tabla de datos:
REACTOR TUBULAR
t [min] COND [μs/cm] C [mol/L] E(t) t*E(t) (t-tm)2
* E(t)
1 118,8 0,00013127 0,03019061 0,03019061 6,17583608
1,3 119,3 0,00013138 0,03021507 0,03927959 5,92426832
2 119,2 0,00013135 0,03021017 0,06042035 5,34588698
2,3 118,9 0,00013129 0,0301955 0,06944965 5,10500224
3 118,5 0,0001312 0,03017593 0,09052779 4,56717268
CONCENTRACIÓN[M] CONDUCTIVIDAD[S/cm]
0 107.3*10^-6
0.002 446*10^-6
0.005 1193*10^-6
0.01 2.21*10^-3
0.05 10.91*10^-3
0.1 21.3*10^-3
14. 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El valor calculado de la varianza o cuadrado de la desviación estándar para el reactor
tubular, proporciona una magnitud equivalente a la dispersión de la distribución;
siendo este mismo relativamente pequeño inferior al orden 101 podemos concluir que
la desviaciónde la idealidad de este prototipo de reactor corresponde a al fenómeno
de derivación, descartándose la posibilidad de volumen muerto debido a que en los
cálculos se observa que los moles de trazador permanecen iguales a la entrada y
salida del reactor.
La desviación de la idealidad del prototipo de reactor de tanque agitado se puede
verificar con la varianza, debido a que los tiempos espaciales reales e ideales
calculados tienenvaloressemejantes, se descarta la posibilidad de derivación. Una
cola larga que se verifica en la gráfica de concentración vs tiempo muestra que el
prototipo de reactor tiene un volumen muerto, que se verifica en el cálculo de los
moles de NaOH expulsados por el reactor que son significativamente inferiores a los
ingresados en el trazador(0,0017 mol <<0,005).
La concentración en NaOH del trazador es un factor que determina su idealidad.
Habiéndose realizado el mismo procedimiento con un trazador 10 veces más diluido
se encontró mayor dispersión en la distribución de tiempos de residencia, lo que
conlleva a concluir que la idealidad del trazador viene determinada por la resistencia
a la dilución a lo largo del reactor, lográndose con soluciones de hidróxido de sodio
más concentradas.
La longitud del prototipo de reactor tubular contribuye a la idealidad del mismo,
siendo el mismo delgado y extenso, se simula de mejor manera el flujo tapón para
caudales pequeños.
La formación del volumen muerto en un reactor de tanque agitado es en muchas
ocasiones debida a la formación de vórtices y remolinos en su interior ocasionados
por una agitación muy rigurosa o deficiente. Se sugiere realizar la práctica
corrigiendo este parámetro.
7. BIBLIOGRAFÍA
Atkins P. N., Fisicoquímica, 3ª ed., Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, 1991.
Cartwright H., Kinetics of the persulfate-iodide clock reaction,Oxford University.
http://ptcl.chem.ox.ac.uk/hmc/tlab/experiments/502.html.
Gormley P, Determination of a rate law, Science Teachers' Resource Center
Horta Zubiaga A., Esteban Santos S., Navarro Delgado R., Cornago Ramírez
P., Barthelemy González
C., Técnicas experimentales de Química, UNED, 1ª ed., Madrid, 1986.
House D. A., Chemical Reviews, 1962, 62(3), 185-203.
Indelli A., Bonora P. L., J. Am. Chem. Soc., 1966, 88(5), 924-929.
Levine I. N., Fisicoquímica, 3ª ed., McGraw-Hill, Madrid, 1991.