Reactor Quimico Practica No. 3

Instituto Politcnico Nacional
Escuela Nacional de Ciencias Biolgicas

Ingeniero Bioqumico
Depto. Fenmenos de transporte
Nombre de la Prctica:
Balance de Materia en reactor quimico.
Alumnos:
Araujo Palacios Elba Nidia
Alba Miramn Mario
Guevara Gmez Miguel ngel
Lpez Sotelo Karla Itzel
Maya Estrada ngel Esteba

Torres Matinz Jordan Josue
Turno: Matutino
Grupo: 4IM2
Introduccin:
Un reactor qumico es una unidad procesadora diseada para que en su interior se lleve a
cabo una o varias reacciones qumicas. Dicha unidad procesadora est constituida por un
recipiente cerrado, el cual cuenta con lneas de entrada y salida para sustancias qumicas,
est gobernado por un algoritmo de control.
Los reactores qumicos tienen como funciones principales:

Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior del tanque,
para conseguir una mezcla deseada con los materiales reactantes.
Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el catalizador,
para conseguir la extensin deseada de la reaccin.
Permitir condiciones de presin, temperatura y composicin de modo que la reaccin
tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los aspectos
termodinmicos y cinticos de la reaccin.
Los procesos qumicos pueden clasificarse en
o Proceso intermitente: La alimentacin se introduce al sistema al principio del proceso,
y todos los productos se extraen juntos tiempo despus.
o Proceso continuo: Las entradas y salidas fluyen continuamente durante el proceso.
o Proceso semiintermitente: Cualquier proceso que no es intermitente ni es continuo.
o Proceso en rgimen permanente o estacionario: Todas las variables del proceso
(temperaturas, presiones, volmenes, velocidades de flujo) no cambian con el tiempo,
excepto, por fluctuaciones pequeas alrededor de los valores promedio constantes.
o Proceso transitorio: Cualquiera de las variables del proceso cambia con el tiempo.
Los procesos intermitentes y semiintermitentes son operaciones en rgimen no permanente
y los procesos continuos pueden ser transitorios o estacionarios.
El proceso intermitente se usa cuando se producen cantidades pequeas de producto en una
nica ocasin, mientras que para producciones grandes se usan procesos continuos en
rgimen permanente. Las condiciones de un rgimen transitorio existen durante el arranque
de un proceso y en los cambios subsecuentes en las condiciones de operacin del proceso.
Objetivo general:
Aplicar los conocimientos adquiridos de balance de masa n reacciones qumicas.
Objetivos especficos:
Conocer el principio de la unidad de servicio del reactor de Batch Armfield CEB MKII.
Determinar cul es el reactivo limitante y cul es el reactivo en exceso, en la
produccin de acetato de sodio e hidroxilo de etilo.
Conocer mtodos indirectos para la evaluacin de la extensin de una reaccin
qumica. En este caso mediante la evaluacin continua del cambio en la conductividad.
Datos a reportar.
( CB ) ( C 2 C 1 )
A=B+
C2C 3
A: Concentracin de NaOH a tiempo t (mol/L)
B: Concentracin de NaOH inicial (0.05 mol/L)

C: Concentracin de NaOH a tiempo infinito (B-D)
D: Concentracin de acetato de etilo inicial (0.05 mol/L)
C1: Conductividad a tiempo t (milisiemens)
C2: Conductividad inicial (milisiemens)
C3: Conductividad a tiempo infinito (milisiemens)
T: Tiempo (segundos)
Resultados:
tiempo
(min)
conductividad (mili
Siemens)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
A
9.51
4.35
4.01
3.76
3.57
3.41
3.28
3.18
3.09
3.01
2.94
2.89
2.84
2.79
2.75
2.71
2.68
2.65
2.62
2.6
2.57
0.05
0.014
0.0116
0.0099
8.6E-03
7.52E-03
6.61E-03
5.91E-03
5.29E-03
4.73E-03
4.24E-03
3.89E-03
3.55E-03
3.20E-03
2.92E-03
2.64E-03
2.43E-03
2.22E-03
2.01E-03
1.88E-03
1.67E-03
ln ((A)/[(B)(B(A)/[(B)(B-A)] A)])
0
0
7.77
2.05
6.04
1.798
4.93
1.595
4.17
1.427
3.54
0.264
3.04
1.111
2.68
0.985
2.36
0.858
2.08
0.732
1.85
0.615
1.68
0.518
1.52
0.418
1.37
0.307
1.24
0.215
1.11
0.04
1.02
0.019
0.92
-0.083
0.83
-0.186
0.78
-0.248
0.69
-0.371
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
60
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
2.55
2.53
2.52
2.5
2.49
2.47
2.46
2.45
2.44
2.43
2.42
2.41
2.4
2.39
2.38
2.38
2.37
2.36
2.36
2.35
2.35
2.34
2.34
2.33
2.33
2.33
1.53E-03
1.39E-03
1.32E-03
1.18E-03
1.11E-03
9.74E-04
9.05E-04
8.35E-04
7.66E-04
6.96E-04
6.26E-04
5.57E-04
4.87E-04
4.17E-04
3.48E-04
3.48E-04
2.78E-04
2.08E-04
2.08E-04
1.39E-04
1.39E-04
6.96E-05
6.96E-05
0
0
0
0.63
0.57
0.54
0.48
0.45
0.39
0.36
0.33
0.31
0.28
0.25
0.22
0.19
0.16
0.14
0.14
0.11
0.083
0.083
0.055
0.055
0.027
0.027
0
0
0
-0.462
-0.562
-0.616
-0.733
-0.798
-0.941
-1.021
-0.108
-1.71
-1.272
-1.386
-1.54
-1.66
-1.832
-1.966
-1.966
-2.207
-2.488
-2.488
-2.9
-2.9
-3.611
-3.61
0
0
0
4. Determine cul es el reactivo en exceso y cul es el reactivo limitante.

NaOH + C4H8O2
Relacin estequiometria.
CH3COONa + C2H5OH
Relacin de alimentacin
1 mol de C4 H 8 O2
=1
1 mol de NaOH
0.05mol de C 4 H 8 O2
0.05 mol de NaOH = 1
1 mol de NaOH
=1
1 mol de C4 H 8 O2
0.05 mol de NaOH

0.05mol de C 4 H 8 O2 = 1
Por lo tanto no hay reactivo limitante ni en exceso.
5. Diga cmo se pueden obtener las concentraciones de acetato de etilo, de acetato de sodio
y del alcohol etlico, reprtelos.
Ya que la reaccin se lleva acabo al 100%, para conocer las concentraciones de los productos
(acetato de sodio y etanol), se hace un balance tomando en cuenta la reaccin qumica y los
moles, al ser una reaccin de doble sustitucin en donde los reactivos y los productos como
iones tienen carga 1 o -1, y como la relacin es uno a uno, tendremos como resultado que
las concentraciones del acetato de sodio y del etanol son iguales que las concentraciones
iniciales.
Discusin:
El reactor Batch Armfield CEB MKII es un reactor discontinuo diseado para demostrar
reacciones adiabticas como isotrmicas, usa la combinacin de balance de energa y
balance de materia para evaluar la forma de velocidad y la energa de activacin., as como
los efectos de las condiciones de proceso variables tales como la reaccin temperatura,
concentraciones de reactivos.
En los sistemas de reaccin homogneos, las velocidades de reaccin dependen de la
concentracin de los reactivos. Teora de la colisin indica un aumento de la velocidad si la
concentracin de uno o de ambos los reactivos se incrementa, dependiendo de la reaccin
particular. Es importante reconocer que la ecuacin ajustada para la reaccin neta no indica
cmo la velocidad de reaccin es afectada por un cambio en la concentracin de los
reactivos
Se llev a cabo una reaccin exotrmica de doble sustitucin entre el NaOH y C4H8O2, a
partir la experiencia con mezcla de los reactantes con concentraciones equimolar se logra
que la conductividad descienda a medida que transcurre el tiempo y la concentracin del in
hidroxilo disminuye., este objetivo se logr siendo visualizado en la grfica de concentracin
v/s tiempo. Si por otra parte se utiliza agua destilada para la puesta en marcha se logra que
al transcurrir el tiempo la conductividad sea ascendente hasta alcanzar un mximo cuando
la concentracin en el reactor es estacionaria y luego desciende a medida que la conversin
de hidrxido aumenta. Aumentando el flujo volumtrico despus de cada estado
estacionario, la conversin disminuye, esto se debe a que a mayor flujo de alimentacin el
tiempo de residencia es menor, lo que produce un menor contacto entre los reactivos. Todo
esto considerando volmenes constantes en los reactores (500 ml). Mientras la
concentracin de hidrxido de sodio disminuye, las medidas de conductividad de este
reactivo tambin disminuye, esto se debe a que cada vez la solucin es menos rica en
hidrxido de sodio, ste compuesto es el que posee la mayor conductividad en la reaccin
debido a la negatividad del ion hidroxilo (OH-). La velocidad de reaccin depende de la
concentracin de los reactantes en cada reactor. En el primer reactor, donde se tiene ms

concentracin de reactante la velocidad de reaccin es mayor esto tambin es para cuando
se tiene un flujo mayor de alimentacin. Los valores determinados experimentalmente para
la constante de velocidad varan considerablemente para los reactores 1 y 2 de acuerdo a
las concentraciones de los reactantes y el grado de conversin de stos.
En la primera grfica se puede observar que a medida que aumenta el tiempo la
concentracin de NaOH disminuye, durante los primeros segundos se observa que disminuye
de forma considerable hasta llegar a un punto donde se vuelve casi constante, esto sucede
ya que al inicio de la reaccin se tiene la totalidad de los reactivos y conforme transcurre el
tiempo la cantidad de reactivo es menor, pues se van consumiendo para llevar a cabo la
reaccin, existiendo una relacin estequiomtrica entre los reactivos, es decir pro cada mol
que reacciona de NaOH tambin lo har un mol de C 4H8O2 y al tener una relacin de
alimentacin de 1 (debido a que presentan las mismas condiciones), no hay un reactivo
limitante y ni un reactivo en exceso.
En cintica qumica, la constante k que aparece en las ecuaciones de velocidad es funcin de
T y P, y recibe el nombre de constante de velocidad o coeficiente de velocidad. Las unidades
de la constante de velocidad o el coeficiente de velocidad varan con el orden de la reaccin.
Cada coeficiente de velocidad de reaccin k tiene una dependencia de la temperatura, que
es dada usualmente por la ecuacin de Arrhenius. Por lo que el valor la constante especifica
de velocidad de reaccin en nuestro sistema es de k = 0.0016 a una temperatura de 15 C.
Al observarse un descenso en la conductividad indica que los productos no son capaces de
conducirse la electricidad (por la disociacin que sufre el NaOH produciendo una sal, siendo
bajos conductores de electricidad).
Conclusin:
Se encontr la velocidad constante de un reactor discontinuo agitado (reactor Batch

Armfield CEB MKII)
La concentracin de NaOH disminuye conforme transcurre el tiempo.
No hay reactivo limitante ni reactivo en exceso.
La medicin del cambio en la conductividad es un mtodo indirecto para medir la
evaluacin de una reaccin qumica.
Referencias:
http://www.discoverarmfield.co.uk/data/esp/cex/ceb.php
http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/josem/static/cineticadisolucion.pdf
http://books.google.com.mx/books?
id=tEZ1yPBnxBkC&pg=PA4&lpg=PA4&dq=hidroxido+de+etilo+es+el+etanol?
&source=bl&ots=m97tITbvDC&sig=lx6y09O5MgYZHc_q3nDZBxLR5g&hl=es&sa=X&ei=99pVUvPRGsOA2wXhsIEw&ved=0CCoQ
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B: Concentracin de NaOH inicial (0.05 mol/L)

4. Determine cul es el reactivo en exceso y cul es el reactivo limitante.

0.05 mol de NaOH

Por lo tanto no hay reactivo limitante ni en exceso.

concentracin de los reactantes en cada reactor. En el primer reactor, donde se tiene ms

Se encontr la velocidad constante de un reactor discontinuo agitado (reactor Batch

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