deshidratación de alcoholes

Práctica: DESHIDRATACIÓN DE ALCOHOLES EN REACTOR
SEMICONTINUO DE LECHO FIJO
Material
Reactor semicontinuo de lecho fijo
a escala de laboratorio
Erlenmeyer 50 mL
Cronómetro

Reactivos
2-Propanol

0. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA
El principal objetivo de esta práctica es la obtención de los parámetros cinéticos
k0 (factor pre-exponencial) y E (energía de activación) para la reacción dedeshidratación en continuo del 2-propanol en un reactor de lecho fijo.

1. INTRODUCCIÓN
A temperatura elevada puede tener lugar la deshidratación de alcoholes
(primarios, secundarios o terciarios) formando el alqueno correspondiente. Por
ejemplo, en la deshidratación de 2-propanol, la reacción que se produce es:
CH3-CHOH-CH3 → CH3-CH=CH2 + H2O
De los dos productos formados, a temperaturaambiente, el agua es líquida y el
propileno gas. En el caso de alcoholes terciarios y secundarios, como en el caso
del 2-propanol, la deshidratación ocurre con relativa facilidad por calentamiento
ya que los productos de deshidratación son bastante estables. Además, si se
usa alúmina (poderoso deshidratante) como catalizador, la reacción tiene lugar
a temperaturas menores, del orden de 300°C. Elgrado de avance de la
reacción dependerá de las condiciones de reacción, tipo de reactor y
mecanismo implicado.
En un reactor de flujo de pistón, la ecuación que define el balance de materia
en un elemento diferencial es:

Reactores Qiuímicos. Deshidratación de alcoholes

2

rj =

dn j

(1)

dV

donde rj es la velocidad de reacción del componente j (mol·s-1·m-3), nj el flujomolar (mol·s-1) de este componente y V el volumen de reactor (m3).
Si el reactor es cilíndrico:
dV = π r2 dH

(2)

donde r es el radio equivalente del cilindro (radio de un cilindro que tuviera el
mismo volumen libre y altura que el real) y H su altura.
Se puede admitir que la deshidratación de alcoholes sigue una cinética de
primer orden, por lo que:
rj = − k cj

(3)

donde elsubíndice j hace referencia al alcohol implicado en la reacción, cj es la
concentración (mol·m−3) del componente j y k es la constante de velocidad de
la reacción (s−1).
En el caso estudiado, los componentes implicados (alcohol, agua y alqueno)
son gases a la temperatura del reactor y, suponiendo que todos se comportan
como gases ideales, las concentraciones respectivas se pueden calcular
mediante larelación siguiente:

c j=

nj
V

=

nj P
n t RT

(4)

donde nt es el flujo total de componentes gaseosos y nj es el flujo del
componente j (mol·s-1). P y T representan la presión y temperatura del sistema
y R es la constante de los gases.
Teniendo en cuenta las ecuaciones (1), (2), (3) y (4) se puede escribir para el
alcohol (componente j):

Experimentación en IngenieríaQuímica IV

n P
dn1
=− π r 2 k 1
nt RT
dH

3

(5)

El flujo total de componentes gaseosos está relacionado con el flujo de
componente 1 por la siguiente ecuación (balance de materia con reacción
química):
n t =n t0 (1 + ε1 ξ1 )

(6)

Donde nt0 representa el flujo total inicial y ξ1 es el grado de conversión:

ξ1 =

n10 − n1

(7)

n10

con
n10 = flujo molar del componente 1a la entrada del reactor
n1 = flujo molar del componente 1 para un grado de conversión ξ1
n1 = n10 (1 − ξ1)

(8)

y ε1 es el factor de expansión, es decir, el incremento del número de moles si la
conversión fuera la unidad, que viene definido por la ecuación:

ε1 =

n10

c

∑

nt0 j =1

αj
− α1

(9)

En la ecuación (9), c es el número de componentes implicados en lareacción y
αj son los coeficientes estequiométricos (positivos para los productos y
negativos para los reactivos). En el caso estudiado, n10 = nt0, luego

ε1 =

n10
n t0

 α1
α 
α

+ 2 + 3  = (−1 + 1 + 1) = 1
−α
− α1 − α1 
1



(10)

Reagrupando las ecuaciones (5), (6), (7) y (10):
n (1 − ξ1 ) P
(1 − ξ1 ) P
dn1
=− πr 2 k 1 10
=− πr 2 k 1
(1 + ξ1 ) RT
dH
n10 (1 +...