Balance macroscopico

[pic 1][pic 2]

[pic 3][pic 4]

OBJETIVO

El objetivo de la práctica es aplicar el balance macroscópico de materia a un reactor continuo de volumen constante del tipo tanque agitado, por el que circula agua y al que, en un momento dado, se le ha añadido una cierta cantidad de sal. Se estudiarán las desviaciones del comportamiento ideal.

FUNDAMENTO

La expresión general para un balance de materia es la siguiente:

{Caudal de acumulación de materia} =

{Caudal de entrada de materia} - {Caudal de salida de materia} + {Caudal de generación de        materia}

donde:

N

dMi/dt = ∑mn,i + Ri        (i = 1,2…C)        (3) n=1

dMi/dt:        Variación        de        la        cantidad        de componente i en el sistema con el tiempo. mn,i: Caudal de componente i que entra o sale del sistema con la corriente n.[pic 5]

Ri: Cantidad de componente i generado por unidad de tiempo en el sistema, debido a una

o varias reacciones químicas (en general r reacciones) en las que i interviene.

Reactor continuo de tanque agitado funcionando idealmente

Un reactor continuo de tanque agitado es, básicamente, un recipiente por el que circula un caudal de fluido m, y en cuyo seno el fluido se encuentra perfectamente agitado de manera que, en un momento dado, todos los puntos del mismo poseen idénticas propiedades, variando éstas con el tiempo.

Si se aplica el balance macroscópico de materia a un tanque agitado de volumen constante (caudal volumétrico de entrada = caudal volumétrico de salida) donde no ocurre reacción química, el balance

(3) se puede expresar como:

dMi[pic 6]

1,i

- m2,i

) = 0        (4)

dt

donde (m1,i - m2,i) es la diferencia entre los caudales másicos de entrada y salida del componente i, y Mi la masa del componente i dentro del tanque de volumen V en un momento dado.

Si se tiene en cuenta:

1. Que la diferencia entre los caudales de entrada y salida puede expresarse como:

m1,i - m2,i = Q( C1,i - C2,i )        (5)

donde Q es el caudal volumétrico que fluye a través del sistema (y que se supone constante) y C1,i y C2,i son, respectivamente, las concentraciones de componente i a la entrada y salida del mismo.

1. Que la masa de componente i dentro del volumen V es:

Mi = ∫ Ci dV        (6)

Y por tanto:

dMi[pic 7]

i

C dV +V dCi        (7)

dt        dt        dt

donde ci es la concentración de componente i en el tanque.

El balance (4) quedará de la siguiente forma:

Q(C2,i - C1,i )+V dCi   = 0        (8)

dt

ecuación que, una vez integrada, permite obtener la función Ci = Ci(t) que expresa la variación de la concentración del componente i en el tanque con el tiempo.

Si se supone que por el reactor continuo de tanque agitado circula un caudal constante de agua y que, en un momento dado, se introduce en el mismo una cierta cantidad de componente i; al integrar la ecuación (8) para determinar la variación de la concentración del componente i dentro del tanque con el tiempo, debe tenerse en cuenta:

1. que la concentración del componente i a la salida es la misma que la concentración del componente i dentro del tanque, es decir, C2,i = Ci.
2. que la concentración del componente i en el caudal de entrada es cero. Por tanto podrá escribirse:[pic 8]

Tomando logaritmos neparianos:

Ln Ci= Ln Cio-(Q/V) t

donde Cio es la concentración de componente i en el tanque en el tiempo t=0.

MATERIALES

• Cloruro sódico
• Recipiente de vidrio
• Conductímetro
• Agitador magnético
• Imán para el agitador
• Vasos de precipitados
• Matraz aforado de 100 ml
• Probetas
• Cronómetro

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En la figura se presenta esquemáticamente la instalación experimental. Consta de un tanque agitado con una entrada en la parte superior, por donde se introduce el agua, y una salida lateral. La salida servirá para seguir la variación de la concentración con el tiempo.

...