Universidad de Sonora

Departamento de Ingeniera Qumica y MetalurgiaIngeniera Qumica

Practica #1

Determinacin de la constante de Velocidad en Reactor por Lotes

PRACTICA #1

Determinacin de la constante de velocidad en Reactor por lotesINTRODUCCIONEn esta prctica utilizaremos un reactor discontinuo este es aquel en donde no entra ni sale material durante la reaccin, sino mas bien, al inicio del proceso se introducen los materiales, se lleva a las condiciones de presin y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempo preestablecido, luego se descargan los productos de la reaccin y los reactantes no convertidos. Tambin es conocido como reactor tipo Batch, en donde monitorearemos la reaccin de saponificacin de acetato de etilo y con esto determinaremos la constante de velocidad (k) por distintos mtodos y la velocidad inicial de cada corrida en dicho reactor esto gracias a datos obtenidos de un software en la computadora los cuales estn programados cada 30 segundos .OBJETIVO

Monitorear la reaccin de saponificacin de acetato de etilo a temperatura ambiente y determinar la constante de velocidad y velocidad inicial de reaccin en un reactor Batch. La saponificacin de acetato de etilo es mostrada en la siguiente reaccin.

NaOH + CH3COOCH2CH3 ----> CH3COONa + C2H5OH

Hidrxido de sodio AC. Etilo Ac. De Sodio EtanolDel balance de materia para un reactor por lotes con volumen constante se tiene:

dCA/dt = -r (1)y considerando la condicin inicial t=0 CA en mol/L adems, la reaccin entre Hidrxido de Sodio (A) y acetato de etilo (B) es equimolar (CA =CB), de 2do. Orden, entonces la constante de velocidad de reaccin (r) es:r =k CA CB=kCA2 (2)Sustituyendo la Ec.2 en la 1dCA/dt= - k CA2 (3)

La velocidad de reaccin se puede determinar a partir de los datos experimentales por el mtodo diferencial, que se describe a continuacin para una reaccin de 2do. Orden:Aplicando logaritmo natural en ambos lados de la Ec. (3)Ln(-dCA/ dt)= Ln(k) + 2ln(CA) (4)De modo que en una grafica de ln(-dCA/ dt) en funcin de ln(CA) la pendiente es el orden de reaccin (2 para este caso) y la ordenada en el origen s el ln(k)Para determinar la constante de velocidad por el mtodo integral, se grafica 1/CA en funcin del tiempo, la pendiente corresponde al valor de k

EQUIPO:

Reactor tipo tanque agitado en serie en modo Batch.

SUSTANCIAS:

Agua desionizada

1 litro de CH3COOCH2CH3 0.05M

1 litro de NaOH 0.05M

INCLUDEPICTURE "http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSHWORjsFFXeH-rYr2_aKIZni1qz-xMnyGQSTMheQVKH32FaKtoJg" \* MERGEFORMATINET PROCEDIMIENTO:1. En el tanque seleccionado (reactor batch) adicionar 300ml de CH3COOCH2CH3 0.05 M y 300 ml de NaOH 0.05M, encender la agitacin (t=0) y monitorear sus conductividades o concentraciones cada 30s.

2. Medir peridicamente la temperatura en el reactor batch

3. Colectar datos hasta alcanzar el equilibrio

4. Remover la mezcla de reaccin

5. Repetir el experimento adicionando 400ml de acetato de etilo (B) 0.05M y 300ml de Hidrxido de sodio 0.05M6. Repetir el experimento adicionando 200ml de acetato de etilo 0.05M y 300ml de Hidrxido de sodio 0.05MACTIVIDADES:1. Graficar CA/CAo contra tiempo para cada corrida en la misma grafica, cul es el valor de CAo para cada corrida?

En la grfica no tomamos lo valores calculados de las concentraciones iniciales de tal manera que nos dieran 1 la relacin entre la concentracin y la concentracin inicial.

Valores de CA0 para cada corrida: Corrida 1: 0.025 gmol/lt

Corrida 2: 0.02142 gmol/lt

Corrida 3: 0.03 gmol/lt2. Explicar la influencia de CAo sobre la reaccin en funcin de la grafica anterior. Cmo se ve afectada la velocidad de reaccin en relacin con CAo? la velocidad de la reaccin aumenta si aumentamos la concentracin inicial es decir son directamente proporcionales.3. Para la reaccin equimolar, comprobar que la reaccin es de 2do. Orden, por medio del mtodo diferencial y determinar la constante de velocidad (no olvidar las unidades).

Balance de moles:

dCA/dt=rALey de velocidad:

-rA= KCAnCombinando el balance con la ley de velocidad, tenemos:

-dCA/dt=KACAnSacamos el logaritmo natural en ambos lados:

Ln (-dCA/dt)=ln (KA) + n Ln(CA)

y = b + m x

m=n (grado de la reaccin)

ln(KA) constante de velocidad

Entonces:

y=1.9755 x + 0.9445

ln K= 0.9445m= 2(aproximado) , por lo tanto de 2do orden

K= 2.5715 ( mol min)^-1

4. Determinar para la corrida equimolar la constante de velocidad por el mtodo integral( no olvidar las unidades):m= 1.8491

Por lo tanto K=1.8491 (mol min)^-1

5. Explicar porque el punto 3 y 4 se desarrolla para la corrida equimolar.

Los puntos 3 y 4 se desarrollan para la corrida equimolar porque ah las concentraciones de CA y CB son iguales. CA=CB y este mtodo se usa para concentraciones iguales.6. Explicar la semejanza o diferencial y por mtodo integral.

Por el mtodo integral es ms exacto y ms sencillo determinar la constante de velocidad conociendo el orden de la reaccin, ya que la pendiente de la grfica es la constante de velocidad.

7. Para la reaccin equimolar graficar los valores experimentales de CA/CAo y CA/CAo calculado con la Ec. (3 integrada, ambos en funcin del tiempo).

En esta grafica vemos que los datos experimentales coinciden con los de la Ec. 3 (tericos), por lo que se puede decir que fue una buena corrida.CONCLUSIONES:Es esta prctica aprendimos a utilizar reactores por lotes, especficamente un reactor tipo Batch, a monitorear sus reacciones as como tambin a determinar por varios mtodos su velocidad de reaccin, vimos la influencia que tiene la velocidad inicial en cada una de las corridas que hicimos y observamos los cambios o similitudes que se dan variando las cantidades de reactivos presentes. Aprendimos tambin a calcular las concentraciones partiendo de las conductividades. Observamos as mismo que las graficas obtenidas tienen una buena relacin entre ellas as como la experimental y la terica.BIBLIOGRAFIAhttp://www.slideshare.net/guestf15e13/reactores-qumicos-02http://librosdeiq.wordpress.com/category/cinetica-quimica/http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/munoz_c_r/capitulo3.pdf