Reactores Homogéneos

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

Reactores Homogéneos

Período de realización: 3 semanas

Alumna: Arroyo González María del Carmen

Fecha de evaluación de propuesta:

ÍNDICE

Objetivo general

Objetivos específicos

Antecedentes

Cálculos

Balances de masa sobre la torre

Fracción Másica de alimentación en la fase orgánica

Fracción Másica de alimentación en el Extracto

Fracción Másica de la alimentación en el Refinado

Flujo Másico del Extracto y Refinado

Volumen de la torre

Velocidad de transferencia de masa

Estrategia experimental

Tablas.

Diagrama de flujo del equipo.

Referencias

Anexos

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Objetivo.

Estudio de la extracción líquido – líquido en una torre UOP5

Objetivos específicos.

Distribución de tiempos de residencia

Efecto de TDR sobre la conversión de cada reactor.

Intercambio de materia y energía. Ecuaciones de conservación: balance de materia, balance de energía y balance de cantidad de movimiento

Antecedentes.

El reactor CSTR (Continuos Stirred Tank Reactor= reactor continuo de tanque agitado) es un reactor polivalente, barato de construcción simple que se emplea a menudo en las reacciones de fase liquida y permite cargar y sustituir el catalizador fácilmente. Gracias a su escala variada, puede llevar a cabo un control sencillo de la temperatura y del PH de la reacción y suministrar o eliminar gases.

El reactor de tanque agitado en serie supone mezclado instantáneo y perfecto de la alimentación con la mezcla reaccionante. Todo el contenido dentro del reactor tiene la misma composición.

En la industria el comportamiento de los reactores químicos es muy diferente del que describen los modelos ideales. Las dos desviaciones más fáciles de visualizar son la existencia de puntos muertos dentro del reactor y la canalización que se refiere cuando algún elemento de volumen alimentado toma un “atajo” entre la entrada y la salida.

La Unidad de Reactores de tanque agitado en serie de Armfield (CEP REACTORES DE TANQUE AGITADO EN SERIE) está diseñada para seguir la dinámica del proceso de etapas múltiples de mezcla perfecta. Puede estudiarse el comportamiento dinámico y la reacción química de etapas múltiples. La unidad, autónoma y que se monta en el banco de trabajo, sólo requiere para la operación una conexión con un suministro eléctrico monofásico.

El tiempo de residencia (TRD) de un elemento de fluido es el tiempo que transcurre desde el instante en que el elemento entra en el recipiente hasta que lo abandona.

Puede emplearse como trazador cualquier sustancia que se pueda detectar (un compuesto radiactivo, un colorante, una solución eléctricamente conductora, etc.), y que no perturbe el tipo de flujo en el recipiente (es decir, que tenga la misma densidad, viscosidad, etc.).

La DTR se determina experimentalmente inyectando una sustancia inerte, llamada trazador (cloruro de sodio), en el reactor de tanque agitado por lotes en un instante t = 0 midiendo al instante la conductividad en función del tiempo. Además de ser una especie no reactiva, el trazador debe ser de detectable y con propiedades similares a la de la mezcla.

Cálculos.

Equipo Reactor Armfield modelo CEP

Figura 1. Reactores en serie. Modelo Armfield CEP. [8]

Descripción el equipo. El equipo consta de tres tanques con una capacidad de 750 cm3 c/u, está formado por dos depósitos con una capacidad de 5 L cada uno, un medidor de conductividad por cada reactor con una resolución máxima de 17.74 mS, una bomba peristáltica con un flujo límite de 88 cm3/min y un sistema de agitación que trabaja a 330 rpm.

Especificaciones.

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.

Balances en el reactor para TDR y molar.

Modelo ideal

Para un reactor continuo de tanque agitado en serie se tiene la siguiente expresión de diseño mediante balances de materia.

V/F_A0 = X_(A_salida )/(- r_A ) (1)

Modelo no ideal

Una manera de analizar la cantidad de trazador que permanece en el reactor en un intervalo de tiempo, es por lo tanto,

∆N=C (t)v ∆t (2)

Dónde:

ΔN = Cambio en la cantidad de trazador que sale del reactor.

C (t) = concentración de trazador (mol/L)

ʋ = flujo volumétrico (L/s)

t = tiempo (s)

Ahora dividimos la ecuación (2) entre No que es la cantidad total de trazador inyectado.

∆N/N_0 =(C (t)v)/N_0 ∆t (3)

La ecuación (3) representa la fracción del material dentro del reactor en un intervalo de tiempo. La cantidad E(t) se conoce como función de la distribución de tiempos de residencia, definida como:

E(t)= (C (t)v)/N_0 (4)

Sustituyendo la ecuación 4 en la ecuación 3 tenemos.

∆N/N_0 =E(t) ∆t (5)

De la ecuación (2) podemos expresarla en forma diferencial e integrarla para obtener

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