1º Reactor Batch (1)

7/23/2019 1º Reactor Batch (1)

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I. OBJETIVOS

- Determinar el orden de la reacción.

- Calculo de la constante cinética de la reacción de saponifcación delacetato de etilo a dierentes temperaturas, concretamente a temperaturaambiente y a temperatura ambiente + 10ºC.

- Comprobación del cumplimiento de la ecuación de Arrenius y determinarel !alor de la ener"#a de acti!ación de esta reacción, teniendo en cuentalos !alores de las constantes cinéticas a las distintas temperaturas.

II. FUNDAMENTO TEORICO

1. Defnición de Reacción Química.

$e conoce como reacción %u#mica a a%uella operación unitaria %ue tiene porob&eto distribuir de orma distinta los 'tomos de ciertas moléculas (compuestosreaccionantes o reactantes) para ormar otras nue!as (productos). *l lu"ar #sicodonde se lle!an a cabo las reacciones %u#micas se denominan *AC/2C.

3os actores %ue ay %ue tener en cuenta a la ora de lle!ar a cabo o desarrollaruna reacción %u#mica son4

- Condiciones de presión, temperatura, y composición necesarias para %uelos materiales entren en estado de reacción.

- 3as caracter#sticas termodin'micas y cinéticas de la reacción

- 3as ases (sólido, l#%uido, "aseoso) %ue se encuentran presentes en lareacción

F!ma" de cam#i" $uímic"%

- Descomposición, consiste en %ue una molécula se di!ide en moléculas m'spe%ue5as, 'tomos o radicales.

- Combinación, ésta se reali6a cuando una molécula o 'tomo se une conotra especie para ormar un compuesto nue!o.



- 2someri6ación, en este caso la molécula no eect7a nin"unadescomposición e8terna o adición a otra, es simplemente un cambio deconf"uración estructural interna.

C&a"e" de Reaccine" Química".

- eacciones 9omo"éneas4 Cuando se aecta solamente una ase, ya sea"aseosa, sólida, o l#%uida.

- eacciones 9etero"éneas4 Cuando se re%uiere la presencia de al menosdos ases para %ue ten"a lu"ar la reacción a una !elocidad deseada.

- eacciones *n6im'ticos4 /tili6an catali6adores bioló"icos (prote#nas conalto peso molecular, con centros acti!os, y %ue traba&an a ba&astemperaturas)

- eacciones Catal#ticas4 $on a%uellas reacciones %ue re%uieren de unasustancia adicional (%ue no aparece en el balance "lobal) para modifcar la!elocidad de reacción: esta sustancia por su mera presencia pro!oca lareacción %u#mica, reacción %ue de otro modo no ocurrir#a.

- eacciones ;o Catal#ticas4 3os materiales reactantes no necesitan nin"una

sustancia adicional para dar lu"ar a la reacción %u#mica

- eacciones Autocatal#ticas4 *n esta reacción, uno de los productosormados act7a como catali6ador, participando en otra etapa del procesodonde !elocidad de reacción es m's r'pido %ue en la primera.

- eacciones *ndotérmicas4 $on a%uellas %ue adsorben calor del e8terior.

- eacciones *8otérmicas4 $on a%uellas %ue liberan calor acia el e8terior.

Defnición de Reac'! Químic%

/n reactor %u#mico es una unidad procesadora dise5ada para %ue en su interiorse lle!e a cabo una o !arias reacciones %u#micas. Dica unidad procesadora est'constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con l#neas de entrada ysalida para sustancias %u#micas, y est' "obernado por un al"oritmo de control.

(" !eac'!e" $uímic" 'ienen cm )uncine" *!inci*a&e"%



- Ase"urar el tipo de contacto o modo de <uir de los reactantes en el interiordel tan%ue, para conse"uir una me6cla deseada con los materialesreactantes.

- =roporcionar el tiempo sufciente de contacto entre las sustancias y con el

catali6ador, para conse"uir la e8tensión deseada de la reacción.

- =ermitir condiciones de presión, temperatura y composición de modo %uela reacción ten"a lu"ar en el "rado y a la !elocidad deseada, atendiendo alos aspectos termodin'micos y cinéticos de la reacción.

Ecuación de Rendimien'%

*s a%uella e8presión matem'tica %ue relaciona la salida con la entrada en unreactor %u#mico, para di!ersas cinéticas y dierentes modelos de contacto.

- odelo de Contacto4 *st' reerido a como los materiales circulan a tra!ésdel reactor y se contactan unos con otros dentro de este, adem's deltiempo %ue necesitan para me6clarse, y las condiciones y caracter#sticasde la incorporación de material.

- Cinética4 *st' reerido a cu'n r'pido ocurren las reacciones, el e%uilibriodentro del reactor, y la !elocidad de la reacción %u#mica: estas actoresest'n condicionados por la transerencia (balance) de materia y ener"#a.

*l balance de masas est' dado por la relación4

Entra – sale + genera – desaparece = acumula

*l balance de ener"#a est' dado por la relación4

Entra – sale genera transmite = acumula

+. TI,OS DE REACTORES QU-MICOS%

*8isten infnidad de tipos de reactores %u#micos, y cada uno responde a las

necesidades de una situación en particular, entre los tipos m's importantes, m'sconocidos, y mayormente utili6ados en la industria se puede mencionar lossi"uientes4

a REACTOR DISCONTINUO. *s a%uel en donde no entra ni sale materialdurante la reacción, sino m's bien, al inicio del proceso se introducen losmateriales, se lle!a a las condiciones de presión y temperatura re%ueridas,



y se de&a reaccionar por un tiempo preestablecido, lue"o se descar"an losproductos de la reacción y los reactantes no con!ertidos. ambién esconocido como reactor tipo >atc.

# REACTOR CONTINUO. ientras tiene lu"ar la reacción %u#mica al

interior del reactor, éste se alimenta constantemente de materialreactante, y también se retira ininterrumpidamente los productos de lareacción.

c REACTOR SEMICONTINUO4 *s a%uel en el cual inicialmente se car"ade material todo el reactor, y a medida %ue tiene lu"ar la reacción, se !aretirando productos y también incorporando m's material de manera casicontinua.

d REACTOR TUBU(AR. *n "eneral es cual%uier reactor de operacióncontinua, con mo!imiento constante de uno o todos los reacti!os en una

dirección espacial seleccionada, y en el cual no se ace nin"7n intento porinducir al me6clado. ienen orma de tubos, los reacti!os entran por une8tremo y salen por el otro.

e TANQUE CON A/ITACI0N CONTINUA. *ste reactor consiste en untan%ue donde ay un <u&o continuo de material reacciónate y desde el cualsale continuamente el material %ue a reaccionado. 3a a"itación delcontenido es esencial, debido a %ue el <u&o interior debe estar enconstante circulación y as# producir una me6cla uniorme.

) REACTOR DE (ECO F(UIDI2ADO. $e utili6a para reacciones dondeinter!en"an un sólido y un <uido ("eneralmente un "as). *n estosreactores la corriente de "as se ace pasar a tra!és de las part#culassólidas, a una !elocidad sufciente para suspenderlas, con el mo!imientor'pido de part#culas se obtiene un alto "rado de uniormidad en latemperatura e!itando la ormación de 6onas calientes.

3 REACTOR DE (ECO FIJO. 3os reactores de leco f&o consisten enuno o m's tubos empacados con part#culas de catali6ador, %ue operan enposición !ertical. 3as part#culas catal#ticas pueden !ariar de tama5o yorma4 "ranulares, cil#ndricas, eséricas, etc. *n al"unos casos,especialmente con catali6adores met'licos como el platino, no se empleanpart#culas de metal, sino %ue éste se presenta en orma de mallas dealambre. *l leco est' constituido por un con&unto de capas de estematerial. *stas mallas catal#ticas se emplean en procesos comercialescomo por e&emplo para la o8idación de amoniaco y para la o8idación delacetalde#do a 'cido acético.



4 REACTOR DE ME2C(A ,ERFECTA. *n este reactor las propiedadesno se modifcan ni con el tiempo ni con la posición, ya %ue suponemos %ueestamos traba&ando en estado de <u&o estacionario y la me6cla de reacciónes completamente uniorme. *l tiempo de me6cla tiene %ue ser muype%ue5o en comparación con el tiempo de permanencia en el reactor. *n

la pr'ctica se puede lle!ar a cabo siempre %ue la me6cla <uida sea poco!iscosa y esté bien a"itada

3a !elocidad de una reacción %u#mica indica cómo !ar#a la concentración dereacti!os o productos con el tiempo.

*&emplo4

=ara la reacción

3a !elocidad de la reacción se puede e8presar4

III. MATERIA(ES 5 REACTIVOS

Ma'e!ia&e"%

- ?iola 100 m3.



- ?iola @0 m3.- ?iola 00 m3.- atra6 de *rlenmeyer.- >ureta.- $oporte uni!ersal.- 3una de relo&.

- =ipeta !olumétrica.- =iseta.- *sp'tula.- >alan6a anal#tica.- Baso de precipitado

Reac'i6"%

- Acetato de etilo. C9@E(C9FCC@9) 0.0;- 9idró8ido de sodio (;a9) 0.0;

- Acido succ#nico (C9 (C9@)@C9)- Gcido clor#drico (9Cl) 0.1 ;- ?enoltale#na

IV. ,ROCEDIMIENTO E7,ERIMENTA(

$e utili6a soluciones de i"ual concentración inicial, se preparan @00m3desolución de ;a9 0.0 ; y @00 m3 de solución de acetato etilo de i"ualconcentración %ue la solución %ue la solución anterior (0.0;) por pesadadirecta.

/na mesa traba&a a temperatura ambiente y la se"unda mesatermostati6an éstas a F@º C durante minutos. $e preparan adem's H*rlenmeyer de @0 m3, numerados y con m3 de 9C3 0.1; !alorado. /na!e6 termostati6ados, se !ierte la solución de ;a9 sobre la de acetato deetilo. Al fnal del a"re"ado de la solución, se lee el tiempo de me6clado (Dt

me6clado). $e tapa el *rlenmeyer, se a"ita !i"orosamente durante unosse"undos y se !uel!e a colocar en el termostato. $e e8traen muestras conuna pipeta de m3 de un solo enrase y de escurrimiento r'pido a cada minutos y se colocan en cada uno de los *rlenmeyer con 9C3.

$e re"istra mediante el cronómetro %ue unciona sin interrupción lostiempos tI en %ue se inician los a"re"ados y los lapsos DtI %ue duran dicas



operaciones. *l erlenmeyer se destapa 7nicamente durante la toma demuestras.

$e !alora el e8ceso del 'cido con ;a9 0.01; usando enoltale#na comoindicador. $e considera el punto fnal de la titulación cuando e8istepersistencia de color durante un minuto.

,RE,ARACION DE SO(UCIONES

- =reparación de @0 m3 de ;a9 0.0 .

%97%

/40

:

=

=

pureza

mol g PM

Datos

g m

Lmol g

Lmol m

V PM M m

4.0

25.0*40*04.0

**

=

=

=

)(41.0

%100

%974.0

:

queridacantidadre g X

Xg

g

pero

=

→

→

- =reparación de 100 m3 de Acetato de *tilo 0.0 .

%5.99%

/9.0

/88

:

=

=

=

pureza

mL g

mol g PM

Datos

ρ

mLv

mL

g

Lmol

g

L

mol

v

V PM M v

39.0

9.0*995.0

1.0*88*04.0

*%

**

=

=

= ρ

- =reparación de 0 m3 de Gcido Clor#drico 0.1 .



%5.37%

/187.1

/5.36

:

=

=

=

pureza

mL g

mol g PM

Datos

ρ

mLvmL

g

Lmol

g

L

mol

v

V PM M v

41.0

187.1*375.0

05.0*5.36*1.0

*%

**

=

=

= ρ

TEM,ERATURA AMBIENTE 8++ 9C

ESTANDARI2ACION DE( NaO CON ACIDO SUCC-NICO : MESA ;1 8T< ++ =C

19 ESTANDARI2ACION

N NaOH (1)=

0.0201g118.08 g /mol

2000meq.mol /mL

∗1

8.7mL =0.0391 M

+9 ESTANDARI2ACION



N NaOH (2)=

0.0216g

118.08 g /mol2000meq.mol /mL

∗1

10.1mL =0.0362 M

*ntonces se promedia las concentraciones4

^ N NaOH = N NaOH (1)+ N NaOH (2)

2 =

(0.0391+0.0362 )meq/mL2

=0.0377 M

- Concentración para el ;a9

N NaOH

Rk =

(0.0377meq/mL x 100mL)200mL

=0.0189 M

- Concentración para el Acetato de *tilo

A=π r2

C F =C 0∗V 0V F

C F =0.04 M ∗100mL

200mL =0.02 M

DATOS E7,ERIMENTA(ES A TEM,ERATURA ++ =C

- Datos de los !ol7menes "astados de idró8ido de sodio en los *rlenmeyer%ue contienen 'cido clor#drico con acetato de etilo.

Tiem*8min

V&umen8m(

0 Bo J 11. B1 J [email protected]

10 B@ J [email protected] BF J 1@.



@0 B J [email protected]@ B J 1F.0

*sta es la reacción %ue !amos a estudiar y tiene la si"uiente este%uiometria4

C>COOC+? @ NaO C>COONa@ C+?O

$e determina los !ol7menes de ;a9 en cada tramo

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

5.1)5.110.13

4.1)5.119.12

3.1)5.118.12

0.1)5.115.12

5.0)5.110.12

0505

0404

0303

0202

0101

=−=−=

=−=−=

=−=−=

=−=−=

=−=−=

−

−

−

−

−

=or relación este%uiometrica de la reacción L141M

C Ac . Et .=C Ac .Sod .=C NaOH

C Ac . Na.∗V sol.=∆V NaOH ∗C NaOH

*ntonces4 C Ac . Na.= ( ∆ V NaOH ∗

C NaOH )V sol.

C Ac . Na.=0.5mL∗0.0377 M

5mL =0.00377 M



C Ac . Na.=1.0mL∗0.0377 M

5mL =0.00754 M

C Ac . Na.=1.3mL∗0.0377 M

5mL =0.00980 M

C Ac . Na.=1.4mL∗0.0377 M

5mL =0.0106 M

C Ac . Na.=1.5mL∗0.0377 M

5mL =0.0113 M

*ntonces4

Na Ac

O

Etil Ac Rx AcEt il C C C −=)(

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00377=0.0162 M

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00754=0.0125 M

C Ac . Et .( Rx)

=0.02−0.00980=0.0102 M

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.0106=0.0094 M

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.0113=0.0087 M

Calculo de la conversión:

VAC

V C C

A

Aaa

*º

*º*º

∆=

VA

V X

A

∆=



X A=0.5

5 =0.1

X A=1.0

5 =0.2

X A=1.3

5 =0.26

X A=1.4

5 =0.28

X A=1.5

5 =0.3

=or "r'fca4

Tiem*

8"CAc. E'. 1 CAc. E'.

F00 0.01H@ H1.N@

H00 0.01@ 0.0000

K00 0.010@ K.0FK@

1@00 0.00K 10H.FF0

100 0.00N 11.K@



>;; ?;; ;; ;; 11;; 1>;; 1?;;;

;

;

;

1;;

11;

1+;(8) J 0.08 + @.FO J 0.KH

' 8" 6." 1CA

De la "r'fca se tiene4

P J m8 + b

m J Q J 0.0F

Cálculo de la velocidad de reacción:

( )( )21*º* XA AC ! rA −=−

0.0377∗(1−0.1 ) ¿2=5.1000 x10−05

−rA=0.0443∗¿

0.0377∗(1−0.2 ) ¿2=4.0296 x10−05

−rA=0.0443∗¿

0.0377∗(1−0.26 )¿2=3.4479 x 10−05

−rA=0.0443∗¿

0.0377∗(1−0.28 ) ¿2=3.2640 x 10−05

−rA=0.0443∗¿

0.0377∗(1−0.3 ) ¿2=3.0852 x10−05

−rA=0.0443∗¿



TEM,ERATURA A >+ 9C

ESTANDARI2ACION DE( NaO CON ACIDO SUCC-NICO : MESA ;+ 8T< >+ =C

19 ESTANDARI2ACION

N NaOH (1)=

0.0218g


∗1

10.6mL =0.0348 M

+9 ESTANDARI2ACION

N NaOH (2)=

0.0202g


∗1

9.5mL =0.0360 M

*ntonces se promedia las concentraciones4

^ N NaOH = N NaOH (1)+ N NaOH (2)

2 =

(0.0348+0.0360 ) M

2 =0.0354 M

- Concentración de ;a9



N NaOH

Rk =

(0.0354 M x 100mL)200mL

=0.0177 M

DATOS E7,ERIMENTA(ES A TEM,ERATURA >+ =C

- Datos de los !ol7menes "astados de idró8ido de sodio en los *rlenmeyer%ue contienen 'cido clor#drico con acetato de etilo.

Tiem*8min

V&umen8m(

0 Bo J 11. B1 J [email protected]

10 B@ J [email protected] BF J 1F.0

@0 B J 1F.1@ B J 1F.F

*sta es la reacción %ue !amos a estudiar y tiene la si"uiente este%uiometria4

C>COOC+? @ NaO C>COONa@ C+?O

Para el Acetato de Etilo:

$e determina los !ol7menes de ;a9 en cada tramo

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

mLmLmLV V V

4.1)9.113.13

3.1)9.112.13

2.1)9.111.13

0.1)9.119.12

7.0)9.116.12

0505

0404

0303

0202

0101

=−=−=

=−=−=

=−=−=

=−=−=

=−=−=

−

−

−

−

−

=or relación este%uiometrica de la reacción L141M



C Ac . Et .=C Ac .Sod .=C NaOH

C Ac . Na.∗V sol.=∆V NaOH ∗C NaOH

*ntonces4 C Ac . Na.=( ∆ V NaOH ∗C NaOH )

V sol.

C Ac . Na.=0.9mL∗0.0354 M

5mL =0.00637 M

C Ac . Na.=

1.1mL∗0.0354 M

5mL =0.00779

M

C Ac . Na.=1.2mL∗0.0354 M

5mL =0.00850 M

C Ac . Na.=1.3mL∗0.0354 M

5mL =0.00920 M

C Ac . Na.=1.5mL∗0.0354 M

5mL =0.0106 M

*ntonces4

Na Ac

O

Etil Ac Rx AcEtil C C C −=

)(

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00637=0.0136 M

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00779=0.0122 M

C Ac . Et .( Rx)=

0.02

−0.00850

=0.0115 M

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.00920=0.0108 M

C Ac . Et .( Rx)=0.02−0.0106=0.0094 M



Calculo de la conversión:

VAC

V C C

A

Aaa

*º

*º*º

∆=

VA

V X

A

∆=

X A=0.9

5 =0.18

X A=1.1

5 =0.22

X A=1.2

5 =0.24

X A=1.3

5 =0.26

X A=1.5

5 =0.30

=or "r'fca4

Tiem*

8"CAc. E'. 1 CAc. E'.

F00 0.01FH NF.@K

H00 0.01@@ 1.KHN@

K00 0.011 H.KH

1@00 0.010 [email protected]@H

100 0.00K 10H.FF0



>;; ?;; ;; ;; 11;; 1>;; 1?;;;

?

;

?

;

?1;;

1;?

11;

(8) J 0.0F8 + H.FKO J 0.KH

' 8" 6." 1CA

De la "r'fca se tiene4

P J m8 + b

m J Q J 0.0@

- Cálculo de la velocidad de reacción:

( )( )21*º* XA AC ! rA −=−

0.0354∗(1−0.18 )¿2=2.1403 x 10−05

−rA=0.0254∗¿

0.0354∗(1−0.22 ) ¿2=1.9366 x 10−05

−rA=0.0254∗¿

0.0354∗(1−0.24 ) ¿2=1.8385 x10−05

−rA=0.0254∗¿

0.0354∗(1−0.26 )¿2=1.7430 x 10−05

−rA=0.0254∗¿



0.0354∗(1−0.30 )¿2=1.5597 x 10−05

−rA=0.0254∗¿

C(CU(O DE (A ENER/-A DE ACTIVACI0N

ln k 1= LnA−

Ea

R∗ 1

ln k 2= LnA−

Ea

R∗ 2

estando ambas ecuaciones obtenemos

lnk 1

k 2= Ea

R ∗( 1 2−

1

1 )*ntonces4

Ea= R∗ln

k 1

k 2

1

2

− 1

1

Ea=0.08206

atm. L

mol.! ∗ln

0.0443

0.0254

1

295.15−

1

305.15

=411.0990 "

mol

V. CONC(USIONES

- $e determinó las cantidades de acetato de etilo %ue reaccionaron en cadainter!alo de tiempo en el reactor batc.

- $e comprende %ue la temperatura in<uye en la !elocidad de reacción.



- As# como in<uye en las cantidades producidas en la reacción en el reactorbatc.

- A ra6ón %ue pasa el tiempo, las concentraciones producidas en el producto!an ba&ando.

- Pa %ue no %uedan muca concentración de las sustancias reactantes, es

por eso %ue !a disminuyendo la concentración del producto con respectoal tiempo.- $e determinó la ener"#a de acti!ación.

VI. BIB(IO/RAF-A

• Denbi",Q.R., urner,S.C. (1KK0).

T2ntroducción a la teor#a de los reactores %u#micosU. 3imusa. é8ico.

• ?roment,R.?., >iscoV, Q.>. (1KK0). T

Cemical reactor analysis and desi"nU. Wiley. ;eX PorY

• 3e!enspiel,. (1KK).

T2n"enier#a de las eacciones u#micas U. e!erté. é8ico.

• ttp4EEXXX.ilustrados.comEpublicacionesE*plB?uYuZyD>Ysiu.pp

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

PRACTICA N° 01

REACTOR BATCH

http://www.ilustrados.com/publicaciones/EplVFukuZyDhBkhsiu.php

http://www.ilustrados.com/publicaciones/EplVFukuZyDhBkhsiu.php



DOCENTE DE TEORIA : Ing. QUISPE MISAICO, Hernán Pedro

DOCENTE DE PRACTICA : Ing. QUISPE MISAICO, Hernán Pedro

CURSO : INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

ALUMNOS : CARRASCO SÁNCHEZ, Ju!"d"#no

QUISPE ORME$O, H%&!or P"ero

'RUPO : Jue(e ) * + .-

AACUCHO * PER/

0122

1º Reactor Batch (1)

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