Este documento describe un experimento para simular un reactor CSTR utilizando dos sistemas diferentes. Se prepararon soluciones de acetato de etilo y hidróxido de sodio y se midió la conductividad a intervalos de tiempo. Los resultados se utilizaron para calcular la concentración real de NaOH y la constante de velocidad de la reacción de segundo orden. El análisis indica que ambos sistemas funcionaron para simular un reactor CSTR y la reacción siguió una cinética de segundo orden.

1. 1
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán-
Campo 1
Laboratorio Experimental Multidisciplinario VI
“REACTORCSTR”
Profesores:Quiroz Macías María Elena
Orozco Hernández Carlos
Atilano Martínez CitlalliYoselín
GrifaldoFlores Miguel Ángel
Miranda Gómez Oscar Hugo

2. 2
San Juan Deloso Elizabet
Índice
Objetivo(s)................................................................................................................................ 3
Introducción ............................................................................................................................. 3
Generalidades........................................................................................................................... 4
Desarrolloexperimental ............................................................................................................ 5
Materiales yequipos ................................................................................................................. 6
Resultados................................................................................................................................ 7
Análisis de Resultados ............................................................................................................... 9
Conc lusiones...........................................................................................................................16
Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………………………………17

3. 3
Objetivo(s)
 Establecer el funcionamiento correcto de un reactor de tanque agitado
utilizando como modelo representativo el reactor de mezclado perfecto o
CSTR, vinculando su ecuación con la cinética de una reacción particular,
así como determinar la conversión que alcanza una reacción en la
operación del reactor continuo.
 Adaptación de un reactor de mezclado ideal CSTR mediante un tanque
agitado, controlando las variables correspondientes para la reacción de
acetato de etilo e hidróxido de sodio.
Introducción
Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa introducida reacciona y es
agitada mediante un artefacto mecánico por lo cual se considera como una mezcla
completa y se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del
reactor, este se considera como mezcla perfecta en el cual contenemos un
volumen constante dentro del reactor y el flujo que se hace pasar dentro y fuera
también es constante, a diferencia de un reactor intermitente de tanque agitado
también conocido como reactor Bach es usado a menudo en investigaciones
cinéticas tanto en laboratorios como a nivel industrial.
El propósito de lograr una buena agitación es lograr que en el interior del tanque
se produzca una buena mezcla de los materiales, con el fin de asegurar que todo
el volumen del recipiente se utilice para llevar cabo la reacción, y que no existan o
queden espacios muertos.

4. 4
𝐴
𝑘
→ 𝐵
En la práctica siguiente observaran los sistemas propuestos por nosotros para que
se llevara a cabo una buena agitación para un alto porcentaje de conversión de la
reacción.
Algunas de las aplicaciones que tienen este tipo de reactores son:
o Proceso de lodos activados
o Proceso de sulfonación, nitración, polimerización
o Fermentaciones
o Agitación (homogenización de reactivos).
Generalidades
La ecuación de diseño de un reactor de mezcla completa es:
Siendo
 V: Volumen del reactor
 𝐹𝐴𝑜: Flujo molar del reactivo límite
 𝜏: Tiempo espacial
 𝐶𝐴𝑜: Concentración del reaccionante A en la
corriente de entrada
 𝑋𝐴: Conversión de A
 𝑟𝐴: Velocidad de reacción de A
La velocidad de una reacción no catalítica depende de la concentración de
reaccionante. Con respecto al reaccionante A, la ecuación de velocidad de
reacción se expresa de la siguiente manera:

5. 5
 Siendo k: la constante específica de velocidad de reacción
 n: el orden cinético de la reacción
 CA: la concentración de reaccionante
El orden de una reacción se determina experimentalmente y la constante de
velocidad de reacción depende de la temperatura de la reacción y se puede
calcular con la ecuación de Arrhenius.
Aunque de igual manera se puede utilizar la siguiente formula:
−𝑟𝐴 = 𝑋𝐴 (
𝐹𝐴𝑂
𝑉
)
Ya anteriormente se ha trabajado con la reacción de saponificación de acetato de
etilo, por lo cual de sobra se sabe que es una reacción de segundo orden y al
realizar análisis de resultados se obtiene la velocidad de reacción con una
ecuación cinética de segundo grado como la siguiente:
−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴
2
Desarrollo experimental
Se prepararon soluciones de Acetato de etilo y NaOH, un litro de cada una a
concentración de 0.05M. El equipo a utilizar fue contado en base al reactor
proporcionado.
Para este punto, realizamos 2 pruebas, utilizamos un sistema que simula un
reactor CSTR con un par de buretas, sostenidas por 2 soportes universales, las
cuales calibramos y medimos el flujo para que lo mantuviéramos constante, así
como mantuvimos en el reactor 200 ml de cada reactivo para mantener un
volumen constante. El sistema se muestra a continuación:

6. 6
El otro sistema que utilizamos fue el que se nos proporcionó en el cual el sistema
ya está diseñado con tubos de pvc, y tiene las válvulas con las que se puede
medir mejor el flujo, el montaje se muestra a continuación:
Para la medición de la conductividad de este, se realizó la toma, a la salida del
reactor, a diferencia del otro sistema en el cual la toma fue en el volumen
constante. El volumen constante de ambos sistemas fue el mismo, 200 ml de cada
reactivo.
Materiales y equipos
2 Matraces aforados 500 mL
Soporte universal con pinzas 2
Parilla de agitación-calentamiento 1
Vasos de precipitado 2 de 250mL

7. 7
Probeta 100mL
pHmetro 1
Vidrio de reloj 1
Espátula 1
Pipeta 1mL, 2mL.
Acetato de etilo 0.05M
Hidróxido de sodio 0.05M
Resultados
En la actividad experimental se emplearon soluciones de Acetato de Etilo 0.05M y
de NaOH 0.05M las cuales tuvimos diferentes flujos para ambas corridas. Cabe
mencionar que los datos resaltados fueron sustituidos por una media aritmética,
puesto que estos valores no los tomamos con tiempo durante la experimentación:
Tabla 1.- Resultados experimentales
Tiempo (seg) Conductividad
40 298.16 555.20
80 305.11 568.14
120 334.54 594.91
160 366.82 622.95
200 393.05 637.46
240 402.21 667.50
280 441.01 698.96
320 451.29 731.90
360 506.35 766.39
400 542.56 784.24
440 568.14 784.24
480 608.77 840.33
520 637.46 921.41

8. 8
560 698.96 987.31
600 715.24 987.31
680 766.39 987.31
760 840.33 987.31
840 859.91 1187.00
920 859.91 1214.65
1000 921.41 1394.61
1080 942.87 1494.35
1160 1187.00 1529.16
1240 1394.61 1529.16
1320 1394.61 1522.13
1400 1394.61 1529.16
1480 1394.61 1529.16
1560 1460.33 1529.16
1640 1456.97 1529.16
1720 1456.97 1529.16
1800 1456.97 1529.16
1880 1456.97 1529.16
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1400.00
1600.00
1800.00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Conductividad
Tíiempo
Grafico 1.- Tiempo vs Conductividad Corrida1

9. 9
Análisis de Resultados
El sistema se trabajó a una temperatura de 22°C, la reacción efectuada fue:
CH3 O
O
CH3
+ OH
-
CH3 O
-
O
+ CH3 OH
Para calcular los flujos realizamos diversas corridas en las que calculamos el flujo
constante:
Tabla 2.- Flujo constante
Corrida Equipo Flujo
1 Sistema de Buretas 1.31 ml/seg
2 Equipo PVC 1.58 ml/seg
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1400.00
1600.00
1800.00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Conductividad
Tíiempo
Grafico 2.- Tiempo vs Conductividad Corrida2

10. 10
Para determinar Fa0, utilizamos la siguiente ecuación:
𝐹𝐴𝑂 = 𝑄 ∗ 𝐶 = 0.275
𝑚𝑜𝑙
ℎ
Donde
𝑄: Caudal
𝐶: Concentración inicial del reactivo
Tabla 3.- Fa0
Para esta parte necesitamos calcular la concentración real de NaOH que tenemos
en el balance, por lo que se desarrolla la siguiente tabla:
Tabla 4.- Cálculo de la concentración real de NaOH
Tiempo
(seg)
Conductividad pH H3O+ OH
40
298.16 555.20 12.92 12.65 1.2023E-13
2.2E-
13 0.0831764 0.0446684
80
305.11 568.14 12.91 12.64 1.2303E-13
2.3E-
13 0.0812831 0.0436516
120
334.54 594.91 12.87 12.62 1.349E-13
2.4E-
13 0.074131 0.0416869
160
366.82 622.95 12.83 12.6 1.4791E-13
2.5E-
13 0.0676083 0.0398107
200
393.05 637.46 12.8 12.59 1.5849E-13
2.6E-
13 0.0630957 0.0389045
240
402.21 667.50 12.79 12.57 1.6218E-13
2.7E-
13 0.0616595 0.0371535
280
441.01 698.96 12.75 12.55 1.7783E-13
2.8E-
13 0.0562341 0.0354813
320 451.29 731.90 12.74 12.53 1.8197E-13 3E-13 0.0549541 0.0338844
360
506.35 766.39 12.69 12.51 2.0417E-13
3.1E-
13 0.0489779 0.0323594
400
542.56 784.24 12.66 12.5 2.1878E-13
3.2E-
13 0.0457088 0.0316228
440
568.14 784.24 12.64 12.5 2.2909E-13
3.2E-
13 0.0436516 0.0316228
480
608.77 840.33 12.61 12.47 2.4547E-13
3.4E-
13 0.040738 0.0295121
Corrida Flujo Fa0
1 1.31 ml/seg 0.2358 mol/hr
2 1.58 ml/seg 0.2844 mol/hr

11. 11
520
637.46 921.41 12.59 12.43 2.5704E-13
3.7E-
13 0.0389045 0.0269153
560 698.96 987.31 12.55 12.4 2.8184E-13 4E-13 0.0354813 0.0251189
600 715.24 987.31 12.54 12.4 2.884E-13 4E-13 0.0346737 0.0251189
680 766.39 987.31 12.51 12.4 3.0903E-13 4E-13 0.0323594 0.0251189
760 840.33 987.31 12.47 12.4 3.3884E-13 4E-13 0.0295121 0.0251189
840
859.91 1187.00 12.46 12.32 3.4674E-13
4.8E-
13 0.0288403 0.020893
920
859.91 1214.65 12.46 12.31 3.4674E-13
4.9E-
13 0.0288403 0.0204174
1000
921.41 1394.61 12.43 12.25 3.7154E-13
5.6E-
13 0.0269153 0.0177828
1080 942.87 1494.35 12.42 12.22 3.8019E-13 6E-13 0.0263027 0.0165959
1160
1187.00 1529.16 12.32 12.21 4.7863E-13
6.2E-
13 0.020893 0.0162181
1240
1394.61 1529.16 12.25 12.21 5.6234E-13
6.2E-
13 0.0177828 0.0162181
1320
1394.61 1522.13 12.25 12.21 5.6234E-13
6.1E-
13 0.0177828 0.016293
1400
1394.61 1529.16 12.25 12.21 5.6234E-13
6.2E-
13 0.0177828 0.0162181
1480
1394.61 1529.16 12.25 12.21 5.6234E-13
6.2E-
13 0.0177828 0.0162181
1560
1460.33 1529.16 12.23 12.21 5.8884E-13
6.2E-
13 0.0169824 0.0162181
1640
1456.97 1529.16 12.231 12.21 5.8749E-13
6.2E-
13 0.0170216 0.0162181
1720
1456.97 1529.16 12.231 12.21 5.8749E-13
6.2E-
13 0.0170216 0.0162181
1800
1456.97 1529.16 12.231 12.21 5.8749E-13
6.2E-
13 0.0170216 0.0162181
1880
1456.97 1529.16 12.231 12.21 5.8749E-13
6.2E-
13 0.0170216 0.0162181
Realizando un balance de materia de la reacción
𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑖𝑙𝑜 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑥𝑖𝑙𝑎𝑡𝑜 + 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
CH3 O
O
CH3
+ OH
-
CH3 O
-
O
+ CH3 OH
Entra 𝐶𝐴𝑂 𝐶𝐴𝑂
Reacciona 𝐶𝐴𝑂 𝑋𝐴 𝐶𝐴𝑂 𝑋𝐴
Salida 𝐶𝐴𝑂(1 − 𝑋𝐴) 𝐶𝐴𝑂 (1 − 𝑋𝐴) 𝐶𝐴𝑂 𝑋𝐴 𝐶𝐴𝑂 𝑋𝐴

12. 12
Dónde:
𝐶𝐴𝑂(1 − 𝑋𝐴) = 𝐶𝐴
De los resultados experimentales se obtiene 𝐶𝐴, sabiendo que la reacción es 1:1.
𝐶 𝐴 =
𝑉 𝐻+ 𝐶 𝐻+
𝑉0
1
𝑋𝐴 = 1 −
𝐶𝐴
𝐶𝐴𝑂
La ecuación de diseño de un CSTR es
𝑉
𝐹𝐴𝑂
=
𝑋𝐴
−𝑟𝐴
Por lo tanto
−𝑟𝐴 = 𝑋𝐴 (
𝐹𝐴𝑂
𝑉
)
1.- Notaimportante,enla práctica debimos titularpara conocer la concentración real del NaOH,
pero no lo hicimos, con los datos de conductividad obtuvimos directamente la concentración
para esta parte.
De lo anterior obtenemos una tabla de valores en las que:
Tabla 5.- Valores calculados
Corrida 1 Corrida 2
Ca 0.083 0.044
Ca0 0.05 M 0.05 M
Xa 0.3975 0.1363
V 400 ml 400 ml
Fa0 0.2358 0.2844
-ra 2.3432x10-4 9.69093x10-5
Por lo tanto, la ecuación se puede escribir como:
log(−𝑟𝐴) = log 𝑘 + 𝑛 log 𝐶𝐴

13. 13
Aplicando logaritmo a los datos experimentales y realizando un gráfico de log(−𝑟𝐴 )
vs log 𝐶𝐴
Tabla 6.- Valores de Log(- Ra) y Log Ca
Tiempo
(seg)
xa Ra menos Log (-RA) Log Ca
40 0.663527542 0.1066328 3.8001E-16 6.39486E-17 -15.420201 -16.1941691 -0.178141 -0.9721091
80 0.625661032 0.1269683 3.5833E-16 7.6144E-17 -15.4457209 -16.1183646 -0.2036609 -0.8963046
120 0.482620483 0.1662612 2.764E-16 9.97082E-17 -15.5584542 -16.001269 -0.3163943 -0.779209
160 0.352165951 0.2037857 2.0169E-16 1.22212E-16 -15.6953126 -15.9128864 -0.4532526 -0.6908264
200 0.261914689 0.2219097 1.5E-16 1.33081E-16 -15.8239001 -15.8758837 -0.5818401 -0.6538237
240 0.233190004 0.2569295 1.3355E-16 1.54083E-16 -15.8743501 -15.8122459 -0.6322901 -0.590186
280 0.12468265 0.2903732 7.1408E-17 1.74139E-16 -16.146254 -15.7591034 -0.904194 -0.5370434
320 0.099081748 0.3223117 5.6746E-17 1.93293E-16 -16.2460663 -15.7137839 -1.0040063 -0.4917239
360 0.020442361 0.3528127 1.1708E-17 2.11585E-16 -16.9315289 -15.6745158 -1.6894689 -0.4524558
400 0.085823621 0.3675445 4.9153E-17 2.20419E-16 -16.3084532 -15.6567501 -1.0663932 -0.4346901
440 0.126968336 0.3675445 7.2717E-17 2.20419E-16 -16.1383646 -15.6567501 -0.8963046 -0.4346901
480 0.185239444 0.4097582 1.0609E-16 2.45735E-16 -15.9743265 -15.6095324 -0.7322665 -0.3874724
520 0.22190971 0.461693 1.2709E-16 2.76881E-16 -15.8958837 -15.5577067 -0.6538237 -0.3356467
560 0.290373222 0.4976227 1.663E-16 2.98428E-16 -15.7791034 -15.5251598 -0.5370434 -0.3030998
600 0.306526299 0.4976227 1.7555E-16 2.98428E-16 -15.7555922 -15.5251598 -0.5135323 -0.3030998
680 0.352812686 0.4976227 2.0206E-16 2.98428E-16 -15.6945158 -15.5251598 -0.4524558 -0.3030998
760 0.409758155 0.4976227 2.3468E-16 2.98428E-16 -15.6295324 -15.5251598 -0.3874724 -0.3030998
840 0.423193699 0.5821408 2.4237E-16 3.49115E-16 -15.6155208 -15.457032 -0.3734608 -0.234972
920 0.423193699 0.5916524 2.4237E-16 3.54819E-16 -15.6155208 -15.4499934 -0.3734608 -0.2279334
1000 0.461693039 0.6443441 2.6442E-16 3.86418E-16 -15.5777067 -15.4129421 -0.3356467 -0.1908821
1080 0.473946402 0.6680826 2.7144E-16 4.00655E-16 -15.5663308 -15.3972298 -0.3242708 -0.1751698
1160 0.582140774 0.675638 3.334E-16 4.05186E-16 -15.477032 -15.3923459 -0.234972 -0.1702859
1240 0.644344118 0.675638 3.6903E-16 4.05186E-16 -15.4329421 -15.3923459 -0.1908821 -0.1702859
1320 0.644344118 0.6741408 3.6903E-16 4.04288E-16 -15.4329421 -15.3933094 -0.1908821 -0.1712494
1400 0.644344118 0.675638 3.6903E-16 4.05186E-16 -15.4329421 -15.3923459 -0.1908821 -0.1702859
1480 0.644344118 0.675638 3.6903E-16 4.05186E-16 -15.4329421 -15.3923459 -0.1908821 -0.1702859
1560 0.66035127 0.675638 3.7819E-16 4.05186E-16 -15.422285 -15.3923459 -0.180225 -0.1702859
1640 0.659568298 0.675638 3.7775E-16 4.05186E-16 -15.4228002 -15.3923459 -0.1807402 -0.1702859
1720 0.659568298 0.675638 3.7775E-16 4.05186E-16 -15.4228002 -15.3923459 -0.1807402 -0.1702859
1800 0.659568298 0.675638 3.7775E-16 4.05186E-16 -15.4228002 -15.3923459 -0.1807402 -0.1702859
1880 0.659568298 0.675638 3.7775E-16 4.05186E-16 -15.4228002 -15.3923459 -0.1807402 -0.1702859

14. 14
Ahora, procedemos a graficar los datos, se presentan a continuación:
Por lo tanto la ecuación cinética es
−𝑟𝐴 = 10−3.2295
𝐶𝐴
1
[
𝑚𝑜𝑙
𝐿 ℎ
]
−𝑟𝐴 = 5.86 ∗ 10−4
𝐶𝐴
1
[
𝑚𝑜𝑙
𝐿 𝑚𝑖𝑛
]
La ecuación reportada por la literatura a 30°C es
−𝑟𝐴 = 4.54 𝐶𝐴
2
[
𝑚𝑜𝑙
𝐿 𝑚𝑖𝑛
]
y = x - 3.2295
R² = 1
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
-1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0
Log-Ra
LOG Ca
Grafico 5.- Log Ca vs Log -Ra (1)

15. 15
Por lo tanto la ecuación cinética es
−𝑟𝐴 = 10−3.1481
𝐶𝐴
1
[
𝑚𝑜𝑙
𝐿 ℎ
]
−𝑟𝐴 = 7.11049 ∗ 10−4
𝐶𝐴
1.9107
[
𝑚𝑜𝑙
𝐿 𝑚𝑖𝑛
]
y = 1x - 3.1481
R² = 1
-4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
-1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0
Log-Ra
LOG Ca
Grafico 6.- Log Ca vs Log -Ra (2)

16. 16
Conclusiones
Durante la práctica encontramos muchos inconvenientes, tal vez esta fue la más
laboriosa, debido a que no contamos con un equipo en específico con el cual
trabajar, un reactor de tanque agitado debe ser preciso, no contener fugas ni
desviaciones en los flujos, como inconvenientes encontramos que las buretas al
abrirlas no son igual los flujos por lo que hay que ajustarla y desarrollar una
técnica que nos permita poder avanzar al mismo tiempo, mientras que con el
sistema se válvulas es más preciso saber cuánto flujo se deja pasar, pero este
equipo contenía fugas por lo que no pudimos tomar una medición exacta, sino que
la reacción ocurrió demasiado rápido. En cuanto a los resultados, si tuvimos
bastantes diferencias en comparación a las prácticas anteriores, eso se debe a la
calibración de los equipos y al modo de preparación de los reactivos ya que en
este caso no fuimos tan precisos para hacerlo.
Los reactores CSTR nos sirven en distintos campos y áreas del proceso, son
utilizados mayormente en la elaboración de Papel, en refinación principalmente,
en la metalurgia, en vidrio, en cemento, y son utilizados en una menor cantidad en
industrias alimenticias y farmacéuticas. Como pudimos comprobar en la práctica,
son fáciles de controlar con respecto a la temperatura de manejo, son fáciles de
adaptar a 2 fases puesto que la reacción es completa, tienen bajos costos de
operación y nos ayudan a tener un tiempo continuo en el cual se mantiene el flujo
de salida constante y nos permite a no parar la producción, son muy utilizados en
serie, puesto que el arreglo es práctico y cómodo, son de simple construcción y
para ciertas áreas de la industria son baratos en cuanto al costo del material
puesto que muchas de las reacciones que utilizamos en este tipo de reactores no
interactúan con el tipo de material del que están hechos.
Es una práctica en la que se desarrolló nuestro ingenio para poder simular un
reactor CSTR en el cual tuvimos diversos problemas pero los logramos resolver,
tal vez nos faltó adicionar un flujo menor para poder calcular la velocidad de la
reacción con más determinado tiempo.

17. 17
Bibliografía
 FOGLER Scott, Elementos de ingeniería de las reacciones químicas,
Pearson Prentice Hall, 4ta edición, México, 2008.
 LEVENSPIEL O., Ingeniería de las reacciones químicas, Limusa Willey,
Inglaterra, 1996.
 OBAYA, A., Vargas-Rodríguez, Y. M. (2011) La Enseñanza Experimental
de la Química desde una Perspectiva Interdisciplinaria y Ecológica. En
Química Verde Experimental (27-34). México. Universidad Nacional
Autónoma de México.
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