Reactor Combinado PFTR – CSTR by Sofia Teran

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:18:10 UTC

En el presente trabajo se tuvo como objetivo construir y modelar un reactor real, el cual está conformado de un reactor combinado PFTR-CSTR. En este sistema se utiliza la reacción de saponificación entre el acetato de etilo e hidróxido de sodio. Para la construcción se usó un sistema de mangueras incorporadas a un tanque en el cual se tenia una agitación continua. Para el modelado se consideró las ecuaciones de diseño ideal para cada reactor y se obtuvo la gráfica de Levenspiel, las concentraciones y conversiones teóricas a la salida del sistema con variaciones de volumen del PFTR y CSTR. Cuando se vario el volumen del reactor CSTR se llego a tener una conversión del 7% en la salida del PFTR mientras que en el CSTR la conversión obtenida fue de un 43% hasta un 64% con un tiempo de residencia desde 67 a 255 min. Por otro lado, cuando se varió el volumen del PFTR, se llego a tener una conversión del 7% hasta un 18% mientras que la conversión en el CSTR fue del 68% con un tiempo de residencia desde 130 hasta 138 min. Como conclusiones se tiene que la diferencia entre la conversión a la salida del PFTR y el CSTR está dado por tiempo de residencia y que se obtendría una mejor conversión si se aumentaría el volumen en el reactor PFTR.

Reactor PFTR

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:19:51 UTC

•Flujo regular

•Tranferencia de masa radial.

•Difusión radial.

•El tiempo de residencia es el mismo.

•La conversion, conductividad, concentracion se toman a la salida del reactor.

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:20:41 UTC

Ecuación de diseño:

Reactor CSTR

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:21:49 UTC

•Tiene flujo continuo.

•Agitado continua.

•La composición es la misma en todo el reactor.

•La entrada y la salida misma composición.

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:24:50 UTC

Ecuación de diseño:

Diagrama de flujo

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:26:24 UTC

Diagrama de flujo de un reactor CSTR y PFTR.

Diseño del reactor

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:27:16 UTC

Esquema modelo del prototipo del reactor.

Modelado 3D

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:28:13 UTC

Aspecto

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:35:43 UTC

Foto de reactor PFTR-CSTR real conectado a un sistema de bombas.

Funcionamiento de reactor real

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:36:04 UTC

La alimentación se dará por las dos mangueras de la parte superior que a su vez están conectadas a un recipiente con una bomba donde están nuestros reactivos. Los reactivos entraran al reactor PFTR al momento de ingresar por la tee (donde se juntan los reactivos). Una vez que se entra al primer sistema se da un pre-mezclado donde la solución recorre los tres niveles de manguera hasta llegar a entrada del CSTR (parte inferior). El CSTR empezará a ser llenado con una agitación constante proveniente de las aspas (unidas al motor). Cuando el producto esté formado deberá superar una torre de desbordamiento de 5cm para asegurar un mezclado uniforme. Por último, se recolectará el producto desde la parte inferior del tanque, mediante una manguera conectada a una llave de paso.

Gráfica de Levenspiel

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:40:46 UTC

1/(velocidad de reacción) como función de x; dónde esta puede ser la conversión o concentración. El volumen del reactor PFTR para los tres volúmenes (V1,V2,V3 y V4) es el área bajo la curva (1). El volumen del reactor CSTR esta definido por los cuadrado de diferentes colores para los diferentes valores de volumen (V1,V2,V3 y V4).

Tabla 1.

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:52:59 UTC

Conversión y concentración teórica a la salida los reactores, variando el volumen del reactor CSTR.

Tabla 3.

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:53:24 UTC

Concentración y conversión teórica a la salida los reactores, variando el volumen del reactor PFTR.

Tabla 5.

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 10:53:33 UTC

Conversión y concentración del reactor real en función del tiempo de residencia.

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 11:08:11 UTC

1.Para el reactor PFTR la conversión en la salida es del 7% con un volumen de 340 ml y de 18% en 1 [L]. Y para el CSTR la conversión depende del volumen; la conversión menor del 43% se da cuando el volumen es el mínimo y una conversión del 64% con volumen máximo. Esto se da ya que se reducen las zonas muertas.

2.El tiempo para que 3 L sobrepasen la barra de desbordamiento de 5cm fueron 20 min aproximadamente.

3.La diferencia entre la conversión a la salida del PFTR y el CSTR está dado por tiempo de residencia el cual para el PFTR el tiempo de residencia es de 4 minutos mientras que para el CSTR se puede llegar a tener desde 63 a 250 minutos. Mientras que, para el segundo caso, el PFTR se tiene un rango desde 4 a 13 minutos, mientras que en el CSTR se mantendría en 250 minutos.

4.Para potenciar la conversión el reactor PFTR se debe aumentar el área de transferencia de masa (más manguera)

5.La velocidad de agitación tiene un afecto positivo en la conversión y la constante cinética de la reacción en el CSTR. Así mismo un agitador con más aspas aumenta la velocidad de agitación. Y reduciría las zonas muertas dentro del reactor dando una mejor conversión (Mohd Danish et al. , 2015).

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 11:11:41 UTC

Borovinskaya, E., Khaydarov, V., Strehle, N., & Reschetilowski, A. M. (2019). Experimental Studies of Ethyl Acetate Saponification Using Different Reactor Systems: The Effect of Volume Flow Rate on Reactor Performance and Pressure Drop. Obtenido de doi:10.3390/app9030532

Danish, M., Al Mesfer, M. & Rashid, M. (2015). Effect of Operating Conditions on CSTR performance: an Experimental Study. International Journal of Engineering Research and Applications. Obtenido de: https://www.researchgate.net/publication/303686508_Effect_of_Operating_Conditions_on_CSTR_performance_an_Experimental_Study

Fogler, S. (2001). Elementos de Ingenieria de las Reacciones Quimicas. Mexico : Pearson.

Ghobashy, M., Gadallah, M., El-Idreesy, T., Sadek, M., & Elazab, H. (2018). Kinetic study of hydrolysis of ethyl acetate using caustic soda. International Journal of Engineering and Technology , 1995-1999. Obtenido de doi: 10.14419/ijet.v7i4.14083

Levenspiel, O. (2004). Ingenieria de las reacciones quimicas . Mexico : Limusa Wiley .

Mohd Danish et al. Int. Journal of Engineering Research and Applications www.ijera.com ISSN : 2248-9622, Vol. 5, Issue 2, ( Part -2) February 2015, pp.74-78

CSTR

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 17:25:14 UTC

Funcionamiento del segundo reactor.

Barra de desbordamiento y recuperación de producto final

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 17:26:04 UTC

PFTR

sofiaelizabethteran — 2020-04-19 17:29:42 UTC

Funcionamiento de reactor PFTR

Concentración y conversión para reactor combinado PFTR-CSTR

sofiaelizabethteran — 2020-04-22 00:55:49 UTC

La concentración y al conversión como función del tiempo de residencia para el tanque real.

Tabla 2.

sofiaelizabethteran — 2020-04-22 01:15:56 UTC

Tiempo de residencia cuando hay variación en el volumen del CSTR.

Tabla 4.

sofiaelizabethteran — 2020-04-22 01:17:04 UTC

Tiempo de residencia cuando hay variación en el volumen del PFTR.

sofiaelizabethteran — 2020-04-22 01:18:50 UTC

A continuación de mostraran los resultados de conversión, concentración teóricas y tiempos de residencia para los reactores con volúmenes variantes de PFTR y CSTR. Conversión, concentración teóricas y tiempos de residencia para reactor combinado PFTR-CSTR

Reactores combinados

sofiaelizabethteran — 2020-04-22 04:19:23 UTC

· El objetivo es reducir los costos y mejorar la calidad de los productos.

· Es posible combinar diferentes tipos de reactores donde cada uno tendrá una función para con la mezcla de reacción.
· En este caso se combinó un reactor PFTR con un reactor CSTR para mejorar la conversión de reactivos a productos.
· Al graficar con respecto a la concentración de , la curva de Levenspiel, se puede encontrar el mejor arreglo de reactores.
· Donde si la curva de concentración con un orden de reacción n > 0, los reactores deben estar en serie.
· Cuando el orden de reacción es n > 1 se debe disponer los reactores de modo de que la concentración de los reactivos se mantenga más elevada.
· Cuando, n < 1, se debe mantener la concentración lo más baja posible.
· Por ello, para un sistema planteado el mejor arreglo para obtener una mejor conversión debe disponer primero el reactor PFRT seguido del reactor CSTR.