Simulacion de acetato de etilo

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Cap´ıtulo 6

Reactor de acetato de etilo

1. Enunciado

Se  dispone  de  un  reactor  de  esterificacio´n  alimentado  por  una  corriente  de a´cido ace´tico puro y otra de agua y etanol (siendo el porcentaje de este u´ltimo del 95% molar) como se muestra en la Figura 6.1. La relacio´n de alimentacio´n entre las dos corrientes es 7, 6.

La reaccio´n de esterificacio´n tiene lugar en fase l´ıquida segu´n:

CH3COOH + C2H5OH        CH3COOC2H5 + H2O        (6.1)

Aunque la reaccio´n es reversible se puede considerar despreciable la reaccio´n inversa en las condiciones de operacio´n del reactor.

La  reaccio´n  directa  es  isoterma  y  sigue  la  siguiente  ley  de  velocidad  de reaccio´n:

r = k[CH3COOH]2        (6.2)

siendo k = 0, 342 m3/kmol min y en donde la concentracio´n [CH3COOH] esta´ expresada en kmol/m3.

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Producto (l)

Figura 6.1: Reactor de acetato de etilo.

Tabla 6.1: Pesos moleculares y densidades.

Datos adicionales:

• Caudal de alimentacio´n de a´cido ace´tico: 1, 0 kmol/min
• Dia´metro del reactor: 0, 5m
• Dia´metro de la tuber´ıa de salida del reactor: 0, 05m
• Gravedad: 9, 8 m/s2
• Pesos moleculares y densidades segu´n la Tabla 6.1

Objetivos

1. Realizar un modelo del sistema que incluya las ecuaciones del mismo y las suposiciones realizadas.
2. Realizar la simulacio´n y un breve ana´lisis de los resultados de la misma.
3. Recoger  las  dificultades  encontradas  (ecuaciones  del  modelo,  me´todo nume´rico empleado de Matlab o cualquier otra cosa).

1. Modelo matema´tico

Leyenda

En la reaccio´n esta´n implicados el a´cido ace´tico y el etanol como reactivos y el acetato de etilo y el agua como productos.  Para simplificar la notacio´n, se utilizara´  el super´ındice i con la siguiente equivalencia:  AcH (a´cido ace´tico), EtOH (etanol), AcEt (acetato de etilo) y H2O (agua).

F1:  Caudal molar de la corriente 1 (kmol/min).

F2:  Caudal molar de la corriente 2 (kmol/min).

Fout: Caudal molar de salida (kmol/min).

Qout:  Caudal volume´trico de salida (m3/min).

xi :  Fraccio´n molar de la especie i-e´sima en la corriente 1.[pic 4]

xi :  Fraccio´n molar de la especie i-e´sima en la corriente 2.[pic 5]

i out[pic 6]

:  Concentracio´n de la especie i-e´sima en la salida (kmol/m3).

Ci:  Concentracio´n de la especie i-e´sima en el reactor (kmol/m3).[pic 7]

νi:  Coeficiente estequiome´trico de la especie i-e´sima.

r:  Velocidad de reaccio´n (kmol/m3  min).

k: Constante de velocidad (m3/kmol min).

V T : Volumen en el reactor (m3).[pic 8]

V i:  Volumen de la especie i-e´sima en el reactor (m3).[pic 9]

NT :  Nu´mero de moles en el reactor (kmol).[pic 10]

Ni:  Nu´mero de moles de la especie i-e´sima en el reactor (kmol).[pic 11]

Dout:  Dia´metro de la salida del reactor (m).

Dr:  Dia´metro del reactor (m).

Aout:  Seccio´n de salida del reactor (m2).

Ar:  Seccio´n del reactor (m2).

h: Altura de l´ıquido en el reactor (m).

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