Laboratorio de Reacciones
October 7, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUIMICA AMBIENTAL
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA QUIMICA
LABORATORIO N°01: REACTOR BATCH, PARA LA REACCION RE ACCION DEL ANHIDRIDO ACETICO Y AGUA EN UN PROCESO NO ISOTERMICO
Trabajo de aplicación
Presentado al: ING. ORE VIDALON, Salvador Facilitador del curso 082B INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS II¨.
Realizado por: SUSAN PAMELA UNTIVEROS MALPARTIDA
Al Alumna del VIII Ciclo de la Carrera Profesional de Ingeniería Química Ambiental
Huancayo, 22-09-2014
RESUMEN En el laboratorio pudimos observar que la reacción del anhídrido acético y el agua en un reactor batch, tiene una variación de la temperatura respecto al tiempo. En el presente informe haremos una comparación entre los datos experimentales y los datos teóricos que serán obtenidos a partir del balance de materia y de energía. En la práctica; la reacción del anhídrido acético acético y agua se hizo en un REACTOR BACHT que se trató de mantener aislado; imitando un sistema adiabático; para la obtención del ácido acético. La proporción del anhídrido acético y agua en las cuatro pruebas realizadas fueron de 5 ml (CH 3CO)2O y 35 ml H 2O; 4 ml (CH3CO)2O y 36 ml H2O; 2 ml (CH3CO)2O y 38 ml H2O; 10 ml (CH3CO)2O y 30 ml H2O respectivamente, haciendo un total de un volumen de 40mL en cada experimento, la temperatura inicial en cada experimento fueron de 22°C, 23°C, 22.4°C, 24.3°C. Se registraron las temperaturas cada minuto, hasta llegar a una temperatura constante.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Comparar los datos experimentales con los datos teóricos que se hallaran
con las fórmulas de balance de materia y balance de energía; de la variación de la temperatura respecto al tiempo.
OBJETIVO ESPECIFÍCO Realizar el balance de materia y energía en un reactor batch que es no
isotérmico y adiabático. Obtener una comparación grafica de datos experimentales y teóricos, teóricos , con
respecto a la variación de la temperatura respecto al tiempo.
MARCO TEORICO 1. REACTORES QUIMICOS Un reactor químico es una unidad procesadora diseñada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones químicas. Dicha unidad procesadora está constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y salida para sustancias químicas, y está gobernado por un algoritmo de control.
2. REACTOR DISCONTINUO O REACTOR BATCH Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reacción, sino más bien, al inicio del proceso se introduce los materiales, se lleva a las condiciones de presión y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempo preestablecido, luego se descargan los productos de la reacción y los reactantes no convertidos. También es conocido como reactor tipo Batch.
Las ventajas del reactor por lotes se encuentran con su versatilidad. Un solo buque puede llevar a cabo una secuencia de operaciones diferentes sin la necesidad de romper la contención. Esto es particularmente útil en el tratamiento, tóxicos tratamiento, tóxicos o muy potentes muy potentes compuestos. compuestos.
3. CINÉTICA Está referido a cuán rápido ocurren las reacciones, el equilibrio dentro del reactor, y la velocidad de la reacción química; estas factores están condicionados por la transferencia (balance) de materia y energía.
3.1.
Balance de materia: ENTRA + SALE + GENERA + DESAPARECE = ACUMULA
En un reactor Batch no hay flujo de entrada ni de salida, por lo tanto los dos primeros términos de esta ecuación son cero.
= → = = → = 1 = . = → = () . 1 =
Mediante conversión fraccionada:
Reemplazando:
3.2.
Balance de energía ENTRA + SALE + GENERA + TRANSMITE = ACUMULA
Donde:
= 0
= 0 = . ∆ℎ =.+∆. . =0 ..=∆. . . ∆ = ..
Para un proceso adiabático:
4. ÁNHIDRIDO ACÉTICO El anhídrido acético se disuelve en agua hasta aproximadamente un 2,6% (m/m). Sin embargo, una solución acuosa de anhídrido acético no es estable porque éste descompone en unos pocos minutos (el tiempo exacto depende de la temperatura) en una solución de ácido acético.
4.1.
Producción Industrialmente el anhídrido acético puede ser producido por oxidación del acetaldehído con O2, formándose ácido peracético CH3C(=O)OOH que reacciona catalíticamente con otra molécula de acetaldehído para dar el anhídrido acético; o por pirólisis del ácido acético a cetena CH2=C=O, la cual a continuación en una segunda etapa reacciona con una molécula de ácido acético para formar el anhídrido acético; o por carbonilación catalítica (empleando monóxido de carbono) carbono) del acetato de metilo. metilo.
PARTE EXPERIMENTAL 1. MATERIALES Reactor Batch
Termómetro
Cronómetro
Agitador magnético
2. REACTIVOS
Anhídrido acético
Agua
3. PROCEDIMIENTO 1. Medimos los volúmenes de los reactantes para cada experimento; 5 ml (CH3CO)2O y 35 ml H2O; 4 ml (CH3CO)2O y 36 ml H2O; 2 ml (CH3CO)2O y 38 ml H2O; 10 ml (CH3CO)2O y 30 ml H2O.
Estos volúmenes los vertimos en un reactor Batch, el cual está aislado; con el objetivo de tener un sistema adiabático; este sistema se encuentra sobre un agitador magnético. 2. Después de poner la mezcla en el reactor se tapa y en él se coloca un termómetro para la lectura de las temperaturas. 3. Inmediatamente se toma la temperatura inicial a un tiempo 1 segundo y se registran las temperaturas cada minuto, hasta llegar a una temperatura constante.
CALCULOS Y RESULTADOS Los cálculos y resultados lo haremos de forma separada para cada experimento.
EXPERIMENTO N° 01: 1. DATOS EXPERIMENTALES Datos: (CH3CO)2O=5 mL TIEMPO TEMPERATURA (min) (°C) 1 22 2 23 3 24 4 25 5 26 6 27 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
27.8 28.5 29.2 29.9 30.4 30.8 31.3 31.6 31.9 32.15 32.4
18 19 20
32.5 32.6 32.6
H2O=35 ml
ANHIDRIDO ACETICO Y AGUA 33
31 ) C ( ° 29 A R U T 27 A R E P M E 25 T
t vs T
23
21 0
5
TIEMPO (min)
2. OBTENCION DE DATOS TEORICOS Datos bibliográficos:
10
=1.05 3 ∆=9000 . .
15
20
=0.88 ° ℎ.. =1.08 3
=5.233 =1.00 3
La reacción es: A
B
(CH3CO)2O
+
S
H 2O
2CH3COOH
̅PM ̅PM ̅PM
(CH3CO)2O = 102
H2O = 18
CH3COOH = 60
Balance de materia:
= 0 1
Determinando – Determinando –r r A:
= 1 2 =5.233 2323 = → = × ℎ.. =1.08×5=5.4
Como:
Determinando C Ao y CBo:
Determinando las masas:
=1×35=35 =1.05×40=42
Determinando las moles:
= 102 102= 5.4 = 0.00529 529 444 = 3518 = 1.99444 × 0. 0 529×1. 0 5 10 0 0 = = 42 =1.3225
× 1. 9 444×1. 0 5 10 0 = =48.61 0 =
42
Reemplazando k y los valores obtenidos en (2):
61 ) = 10.− ×1.32251 (1.48.3225
Finalmente obtenemos el tiempo reemplazando en (1):
=
. . . (. )
Balance de energía:
= ∆ × ×
Reemplazando datos:
= ×. → =12.8815 4 ×.
Resolviendo las ecuaciones (3) y (4) en Mathcad se obtienen la temperatura y tiempo en función de la conversión. 0
Z
1
0
2
4
0.203
297.617
2.891
3
298
5
0.254
298.271
3.39
4
299
6
0.305
298.925
3.905
5
300
7
0.356
299.58
4.438
6
300.8
8
0.406
300.234
4.993
7
301.5
9
0.457
300.888
5.577
8
302.2
10
0.508
301.542
6.193
9
302.9
10
303.4
11
303.8
12
304.3
13
304.6
14
304.9
15
305.15
16
305.4
17
305.5
18
...
11
0.559
302.197
6.853
12
0.609
302.851
7.566
13
0.66
303.505
8.349
14
0.711
304.159
9.226
15
0.762
304.814
10.236
16
0.813
305.468
11.445
17
0.863
306.122
12.981
18 19
0.914 0.965
306.776 307.431
Temp1K
15.16 ...
Temp1K
273 T
1
Con los datos obtenidos en Mathcad hacemos una comparación de los datos experimentales con los datos calculados y son representados en el siguiente gráfico.
320
B 310 Temp1K
300
5
10
15
C t
20
EXPERIMENTO N° 02: 1. DATOS EXPERIMENTALES Datos: (CH3CO)2O=4 mL TIEMPO TEMPERATURA (min) (°C) 0 22 1 23 2 24 3 25 4 25.8 5 26.5 6 27.3 7 27.9 8 28.4 9 28.9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
29.3 29.7 30 30.3 30.45 30.6 30.7 30.75 30.8 30.8
H2O=36 mL
ANHIDRIDO ACETICO Y AGUA 33
31 ) C ° 29 ( A R U T A R 27 E P M E T 25
t vs T
23
21 0
2. OBTENCION DE DATOS TEORICOS Datos bibliográficos:
=1.05 3 ∆=9000 . . =0.88 °
ℎ.. =1.08 3
5
10 TIEMPO (min)
15
20
=5.233 =1.00 3
La reacción es: A
B
(CH3CO)2O
+
S
H 2O
2CH3COOH
̅PM ̅PM ̅ PM
(CH3CO)2O = 102
H2O = 18
CH3COOH = 60
Balance de materia:
= 0 1
Determinando – Determinando –r r A:
= 1 2
Como:
=5.233 2323 = → = × ℎ.. =1.08×4=4.32 =1×36=36
Determinando C Ao y CBo:
Determinando las masas:
=1.05×40=42
Determinando Determinand o las moles:
= 4.10232 =0.0424 = 36 = 2 18 0510 =1.06 0 = 0× = 0.0424×1. 42
× 2×1.05 10 0 0 = = 42 = 50
Reemplazando k y los valores obtenidos en (2):
− ×1.061 (1.5006 = 10.− 6 )
Finalmente obtenemos el tiempo reemplazando en (1):
= . . (. ) Balance de energía:
× ∆ = × Reemplazando datos:
= ×. ×. =10.3247 4
Resolviendo las ecuaciones (3) y (4) en Mathcad se obtienen la temperatura y tiempo en función de la conversión. 0
Z
1
2
0
0
296
1
1
0.053
296.543
1.438
2
0.105
297.087
1.887
3
0.158
297.63
2.349
4
0.211
298.174
2.824
5
0.263
298.717
6
0.316
7 8
0 2
297
3 4
298.8 299.5
3.317
5
300.3
299.26
3.83
6
300.9
0.368
299.804
4.367
7
301.4
0.421
300.347
4.933
8
302.3
9
302.7
Temp2K
9
0.474
300.891
5.533
10
0.526
301.434
6.177
10
303
11
0.579
301.977
6.875
11
303.3
12
0.632
302.521
7.642
12
303.45
13
0.684
303.064
8.5
13
303.6
14
0.737
303.608
9.485
14
303.7
15
0.789
304.151
10.655
16
0.842
304.694
12.117
15 16
303.75 303.8
17
0.895
305.238
14.117
17
...
18
0.947
305.781
...
Con los datos obtenidos en Mathcad
Temp2K p2K
273 T
2
hacemos una comparación de los datos
experimentales con los datos calculados y son representados en el siguiente gráfico. 320
B 310 Temp2K
300
5
10
15
C t
20
EXPERIMENTO N° 03: 1. DATOS EXPERIMENTALES Datos: (CH3CO)2O=2 mL TIEMPO TEMPERATURA (min) (°C) 0 21.1 1 22.4 2 23.15 3 23.75 4 24.3 5 24.8 6 25.2 7 25.6 8 25.9 9 26.15 10 26.4 11 26.6 12 26.73 13 26.9 14 27 15 27.05 16 27.1 17 27.13
H2O=38 ml
ANHIDRIDO ACETICO Y AGUA 28 27 26
) C ° ( A 25 R U T A 24 R E P M E 23 T
t vs T
22 21 20 0
2. OBTENCION DE DATOS TEORICOS Datos bibliográficos:
=1.05 3 ∆=9000 . . =0.88 °
ℎ.. =1.08 3
5
10 TIEMPO (min)
15
=5.233 =1.00 3
La reacción es: A
B
(CH3CO)2O
+
S
H 2O
2CH3COOH
̅PM ̅PM ̅ PM
(CH3CO)2O = 102
H2O = 18
CH3COOH = 60
Balance de materia:
= 0 1
Determinando – Determinando –r r A:
= 1 2
Como:
=5.233 2323 = → = × ℎ.. =1.08×2=2.16 =1×38=38
Determinando C Ao y CBo:
Determinando las masas:
=1.05×40=42
Determinando Determinand o las moles:
= 2.10216 =0.0212 = 38 = 2.11111 111 18 × 0. 0 212×1. 0 5 10 0 0 = = 42 =0.53
× 2. 1 111×1. 0 5 10 0 0 = = 42 =52.7775
Reemplazando k y los valores obtenidos en (2):
− ×0.531 (52.0.75775 = 10.− 3 )
Finalmente obtenemos el tiempo reemplazando en (1):
= . . (.. ) Balance de energía:
× ∆ = × Reemplazando datos:
= ×. ×. =5.1623 4
Resolviendo las ecuaciones (3) y (4) en Mathcad se obtienen la temperatura y tiempo en función de la conversión. 0
Z
1
2
2
0.114
296.009
1.963
3
0.171
296.304
2.479
4
0.228
296.598
3.021
5
0.285
296.893
6
0.342
7
0 1
296.15
3.596
2 3
296.75 297.3
297.187
4.208
4
297.8
0.399
297.482
4.863
5
298.2
8
0.456
297.776
5.572
6
298.6
9
0.514
298.071
6.347
7
298.9
8
299.15
9
299.4
Temp3K
10
0.571
298.366
7.203
11
0.628
298.66
8.164
10
299.6
12
0.685
298.955
9.267
11
299.73
13
0.742
299.249
10.569
12
299.9
14
0.799
299.544
12.169
13
300
15
0.856
299.838
14.27
14
300.05
16
0.913
300.133
17.393
15
300.1
17
0.97
300.427
...
16
...
Temp3K p3K
273 T
3
Con los datos obtenidos en Mathcad hacemos una comparación de los datos experimentales con los datos calculados y son representados en el siguiente gráfico.
304
302 B 300 Temp3K
298
296 5
10 C t
15
2
EXPERIMENTO N° 04: 1. DATOS EXPERIMENTALES Datos: (CH3CO)2O=10 mL TIEMPO TEMPERATURA (min) (°C) 0 23.2 1 24.3 2 25.4 3 26.1 4 27.8 5 28.9 6 30.2 7 31.7 8 32.9 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
34.5 35.9 37.3 38.5 39.7 40.4 41.7 42.3 43.3 43.7 44.1 44.3 44.5
H2O=30 ml
ANHIDRIDO ACETICO Y AGUA 43 ) C ° ( 38 A R U T A33 R E P M E T 28
t vs T
23 0
5
TIEMPO (min)
2. OBTENCION DE DATOS TEORICOS Datos bibliográficos:
10
=1.05 3 ∆=9000 . .
=0.88 °
15
20
ℎ.. =1.08 3 =5.233
3 =1.00 La reacción es:
A
B
(CH3CO)2O
+
S
H 2O
2CH3COOH
̅PM ̅PM ̅PM
(CH3CO)2O = 102
H2O = 18
CH3COOH = 60
Balance de materia:
= 0 1
Determinando – Determinando –r r A:
= 1 2 =5.233 2323 = → = × ℎ.. =1.08×10=10.8
Como:
Determinando C Ao y CBo:
Determinando las masas:
=1×30=30
=1.05×40=42 Determinando las moles:
= 10.1028 =0.1059
= 301818== 1.667 × 0. 1 059×1. 0 5 10 0 0 = = 42 =2.6475
× 1. 6 67×1. 0 5 10 0 0 = = 42 =41.675
Reemplazando k y los valores obtenidos en (2):
. − = 10 ×2.64751 (41.675 )
2.6475
Finalmente obtenemos el tiempo reemplazando en (1):
= . . (. . ) Balance de energía:
= ∆ × × Reemplazando datos:
= ×. ×. =25.7873 4
Resolviendo las ecuaciones (3) y (4) en Mathcad se obtienen la temperatura y tiempo en función de la conversión. 0
Z
1
Temp4K
2
0
0
296.2
1
1
0.047
297.423
1.458
273 T
4 0
6
303.2
7
304.7
8
305.9
9
307.5
10
308.9
11
310.3
12
311.5
13
312.7
14
313.4
15
314.7
2 3
0.095 0.142
298.646 299.869
1.906 2.347
4
0.19
301.092
2.781
5
0.237
302.315
3.21
6
0.285
303.538
3.637
7
0.332
304.761
4.064
8
0.379
305.984
4.491
9
0.427
307.207
4.923
10
0.474
308.431
5.362
11
0.522
309.654
5.813
16
315.3
12
0.569
310.877
6.278
17
316.3
13
0.617
312.1
6.766
18
316.7
14
0.664
313.323
7.284
19
317.1
15
0.711
314.546
7.844
20
317.3
16
0.759
315.769
8.465
21
...
17
0.806
316.992
9.175
18
0.854
318.215
10.032
19
0.901
319.438
11.155
20
0.949
320.661
...
Temp4K
Con los datos obtenidos en Mathcad hacemos una comparación de los datos experimentales con los datos calculados y son representados en el siguiente gráfico.
330
320
B Temp4K 310
300
5
10
15 C t
20
CONCLUSIONES Al comparar los datos teóricos y los experimentales experimentales experimentos
podemos
observar
que
hay
una
en los cuatro
variación
entre
ellos,
probablemente, debido a las pequeñas perdidas de calor en el reactor.
RECOMENDACIONES
Por lo mencionado se recomienda minimizar las pérdidas de calor durante la reacción con algún otro tipo de aislante y así acercarnos más a los valores reales.
Calibrar los instrumentos para no tener errores en los cálculos al momento de tomar los datos.
BIBLIOBGRAFIA LIBROS: Smith J. M. Ingenieria De La Cinetica Quimica 6ª Ed 1991
Levenspiel,O. (1998). “Ingeniería de las reacciones químicas ”. Reverté.
México.
PEIPERS: CHECKING THE KINETICS OF ACETIC ACID PRODUCTION PRODUCTION BY
MEASURING THE CONDUCTIVITY. KINETIC
MODELING
OF
THE
HYDROLYSIS
OF
ACETIC
ANHYDRIDE ANHYD RIDE AT HIGHER HIGHER TEMPERATURES TEMPERATURES USING ADIABATIC BATCH REACTOR (THERMOS-FLASK). ESTIMATION OF KINETIC PARAMETERS IN A BATCH REACTOR
KINETICS OF HYDROLYSIS OF ACETIC ACETIC ANHYDRIDE BY IN SITU FTIR
SPECTROSCOPY.
PAGINAS WEB: http://www.ilustrados.com/publicaciones/EplVFukuZyDhBkhsiu.php
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/munoz_c_r/capitulo3.p
df http://www.murciasalud.es/recursos/ficheros/137907-
ANHIDRIDO_AC ANHIDR IDO_ACETICO.pd ETICO.pdf f
ANEXOS
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