señ e un reactr e membrana para la reaccón e esterfcacón e ác tartárc cn etanl. Parte : artas e señ. Resumen lan er Pérez Ávla Unversa Nacnal e lmba See Manzales n el presente trabaj se aplca el mét e guías e señ para reactres e membrana, e m que se estua el mel el reactr para btener la mayr cnversón el sstema reactv a pr la esterfcacón el ác tartárc cn etanl. stas guías e señ evalúan el esempeñ el reactr en cuant a cnversón e ác tartárc e acuer a ferentes valres e s númers amensnales, y a. Realza ls cálculs se btene que las cnversnes más cercanas a la cnversón e equlbr el sstema se btene para lg() > y < lg(a) < 4, sn embarg valres mayres e a a., representan lngtues e sbreseñ en el reactr. Palabras clave: Reactr e membrana, esterfcacón, cartas e señ, permeabla, selectva.. ntruccón Las reaccnes e esterfcacón generalmente están lmtaas pr el equlbr termnámc y se enfrentan a rets cn la purfcacón el pruct [], puest que para btener alts renments se usa un gran exces e un e ls reactvs almentas, que n sl fculta la purfcacón, sn que tambén cnlleva a un mayr vlumen el reactr []. l cmpnente que cmúnmente es remv en las reaccnes e esterfcacón, es el agua, y la estlacón parece ser la técnca más aprpaa para cha remcón, sn embarg la frmacón e un azeótrp puee ser una lmtante para el señ e un prces efcente []. Utlzar tecnlgía e membrana para esta separacón, pría cnserarse una alternatva vála y vable. La eshratacón e una gran varea e cmpnentes rgáncs es realzaa pr pervapracón [3], y alreer e 33 plantas fuern nstalaas para mplementacón e esta técnca entre ls añs e 984 a 99 [4]. l us e un móul e pervapracón, puee ser una slucón para ls prblemas ya mencnas e las reaccnes e esterfcacón, n bstante, pría utlzarse una una ntensfcaa ne curra tant la reaccón cm la pervapracón, un reactr e membrana, y así smnur el espac que cupan ambs equps (reactr y pervaprar) en planta, btener mayres cnversnes y menres nversnes e captal [5]. Ls reactres e membrana pueen usarse para aumentar la cnversón cuan la reaccón es termnámcamente lmtaa y tambén para aumentar la selectva cuan curren reaccnes múltples [6].
n el presente trabaj se estua la reaccón e esterfcacón el ác tartárc (TaH ) cn el etanl (toh), ne se an s reaccnes btenénse cm pructs, el agua, el etl tartarat (TaHt) y el -etl tartarat (Tat ) cm se presenta a cntnuacón: TaH toh TaHt HO (Reaccón ) TaHt toh Tat HO (Reaccón ) m se bserva, es sstema reactv e estu, n sl sn reaccnes múltples, sn que tambén sn reaccnes e esterfcacón, que cm ya se mencnó, hace nteresante el us e un reactr e membrana, para hacer efcente el prces. Las especfcacnes e la membrana cn la cual se seña el reactr e membrana venen aas pr [7], ne sl permea el agua. Para el señ el reactr e membrana, se sgue la metlgía planteaa pr [8], ne se analzan la selectva y permeabla el prces, e acuer a un mel amensnalza el reactr e membrana, en funcón e s númers amensnales, clet () y amköhler (a), generánse unas cartas e señ que permten elegr la zna más cnvenente para el señ el reactr e membrana. l mel genera se resuelve numércamente y se analzan ls resultas btens.. Metlgía escrbr el mét. l sstema reactv se mela para un reactr e membrana tubular empaca cm se muestra en la fgura. gura. squema e un reactr e membrana tubular empaca pr el la el tub. aj el anterr esquema se realza un mel stérmc puest que el sstema reactv se a en fase líqua y a pesar e ser entérmc el calr e reaccón es baj cm se muestra en un estu prev el análss termnámc. La nmenclatura usaa para caa cmpnente en el mel matemátc se presenta en la tabla.
Tabla. Nmenclatura para ls cmpnentes el sstema reactv. Sustanca brevacón Símbl Ác tartárc TaH tanl toh tl tartarat TaHt gua H O -etl tartarat Tat Realzan un balance mlar sbre el element ferencal para el la el tub se btene: Z R R R J r () para el la e la craza: Z R J () Para la reaccón e estu se tene la sguente cnétca [7]: TaH toh TaHt HO K eq, M catk (3) k a HO TaHt toh Tat HO K eq, M catk (4) k l mel e flux a través se efne e manera smlar a [8], para la pervapracón: a HO J sat x P y P PP x y P (5) Se efne ls sguentes flujs amensnales: (6), (7),
Rerganzan las ecuacnes ( ) e frma amensnal para caa cmpnente se btene el sguente mel en el la el tub: a (8) a (9) a () a () a () para el la e la craza: (3) (4) (5) (6) (7) óne ls númers amensnales e y a se efnen cm sgue: L P P R, = vel. transprte vel. permeacón (8)
R R LM k, a = cat,, vel. reaccón vel. transprte (9) la cnétca amensnal: k () Keq, Ka k () Keq, Ka la lngtu amensnal el reactr: Z () L Para esarrllar las cartas e señ se resuelve smultáneamente las ecuacnes (8 7) y se calcula cnversón parten e la efncón cnvencnal., (3), Pasan a térmns e flujs amensnales se btene: (4),, e esta manera se realza una gráfca e s-cnversón e ls s númers amensnales ya efns, y a. sta grafca crrespne al cntrn e la gráfca e lg(), lg(a) y cnversón. 3. Resultas y análss Para el esarrll el mel se efne un rang el númer e clet -4 < < 4, y e amköhler < a < 4, calculánse las cnversnes a la sala el reactr e m que la carta e señ a 7 (cm trabaja [], para evtar camb e fase), se presenta en la fgura.
.8 nversón.6.4. 4 3 Lg (a) -4 - Lg () 4 gura. rva e s-cnversón. Se bserva que para valres mayres el númer e clet en cualquer rang el númer e amköhler, se btene la máxma cnversón e ác tartárc. n esta zna ne se an las mayres cnversnes n hay nfluenca e la velca e reaccón, per sí e la selectva e la membrana, y est es prque una canta e agua permea a través e la membrana hacen que al reaccón se esplace en el sent que se pruce el agua. m n se bservó nfluenca e la velca e reaccón, para efnr cuál valr e a es aprpa se ebe cncer el fluj e almentacón e agua, pues a está en funcón e este fluj y su relacón cn él es nversamente prprcnal. Para el esarrll el mel se tmarn ls sguentes valres e flujs. mpnente Tabla. lujs e almentacón al reactr. rmeabla [kg/(m h bar)],, [m 3 /h] [m 3 /h].9 4.3 4.. Para un valr e = y e a =. se btuvern ls sguentes resultas en el reactr.
8 7.9 lujs amensnales, La e la craza 6 5 4 3 TaH toh TaHt HO Tat nversón e TaH.8.7.6.5.4.3...5 Lngtu amensnal.5 Lngtu amensnal gura 3. esempeñ el reactr para = y a =., a l larg el reactr. Se bserva en la fgura 3 entnces que para un valr e a =., se btene la cnversón eseaa para la lngtu el reactr, puest que el valr e a efne cha lngtu según la efncón mstraa en la ecuacón (9), sen una relacón rectamente prprcnal entre la lngtu y a. Para lngtues mayres, es ecr un valr mayr e a, ls perfles se esarrllan en una seccón muy pequeña el reactr quean este sbremensna. 4. nclusnes Las cartas señ en funcón e y a resulta ser una herramenta útl, para efnr las cncnes en que mejr puee esempeñarse el reactr e membrana. Se encntró que las mejres cncnes e señ para el reactr se ebe utlzar un valr e mayr a la una, y escg este valr e, es cnvenente utlzar un valr cercan e a a. para evtar sbre-mensnament sub-mensnament el reactr. RRNS [] Seng. Lm, yungg Park, Muhamma Sahm, There T. Tstss. esgn ssues f pervapratn membrane reactrs fr esterfcatn. hemcal ngneerng Scence 57 () 4933-4946. [] J. T.. Keurentjes, G. H. R. Janssen, J. J. Grssen. The esterfcatn f ac tartarc wth ethanl: Knetcs an shftng the equlbrum by means f pervapratn. hemcal ngneerng Scence, Vl. 49, N. 4, pp. 468-4689, 994. [3] Rchar W. aker. Membrane Technlgy an applcatns. a. Wley (4).
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