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PRACTICAS

PAGINA

DISEÑO DE UN REACTOR HOMOGENEO DISCONTINUO ISOTERMO

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EXTRACCIÓN LIQUIDO-LÍQUIDO

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CARACTERIZACIÓN DE UNA FRACCIÓN PETROLÍFERA. CURVA DE
DESTILACIÓN ASTM

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DISEÑO DE UN REACTOR HOMOGÉNEO
DISCONTINUO ISOTERMO

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1. OBJETO
Los objetivos de esta práctica son:
•

Determinación de la ecuación cinética para la reacción de saponificacióndel
acetato de etilo con sosa.
CH3COOCH2CH3 + NaOH

CH3COONa + CH3CH2OH

•

Cálculo de la constante cinética y su variación con la temperatura.

•

Cálculo y comparación de los valores de conversión (teóricos y experimentales)
del reactor discontinuo

2. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1. Obtención de la ecuación cinética
La ecuación cinética representa la velocidad de reacción y puedeobtenerse, bien a partir
de consideraciones teóricas o ser simplemente el resultado de un procedimiento
empírico de ajuste de datos experimentales.

En cualquier caso, el valor de los

coeficientes cinéticos o constantes de velocidad de dicha ecuación solamente pueden
determinarse por vía experimental ya que en la actualidad resultan inadecuados los
modelos teóricos de predicción.
Ladeterminación de la ecuación cinética suele realizarse mediante un procedimiento en
dos etapas: primero se obtiene la variación de la velocidad con la concentración a
temperatura constante y después la variación de los coeficientes cinéticos con la
temperatura.
Los reactores discontinuos o por cargas suelen trabajar isotérmicamente y a volumen
constante. Debido a la fácil interpretación de losresultados experimentales obtenidos en

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estas condiciones de trabajo, este reactor es el dispositivo preferido para la obtención de
datos cinéticos en sistemas homogéneos.
Para analizar los datos cinéticos obtenidos se emplean dos métodos:
•

Método integral: Se utiliza principalmente con reacciones sencillas y será el que
apliquemos en esta práctica.

•

Método diferencial: Es el másadecuado para cinéticas complejas, necesitando
además reactores experimentales más precisos.

Obtención de la ecuación cinética: Método integral
Se trata de una reacción reversible de segundo orden global y primero respecto a cada
reaccionante:
A+B

R+S

La velocidad de reacción química (velocidad de desaparición de reactivos) viene dada
por la ecuación:

− rA = −

dC
1 dN A
= − A= kC ACB = k (C A0 − C A0 X A )(CB 0 − C A0 X A )
V dt
dt

Si llamamos M a la relación molar de reaccionantes ( M =

− rA = C A0

CB 0
):
C A0

dX A
2
= kC A0 (1 − X A )( M − X A )
dt

que por separación de variables e integración resulta:

ln

M − XA
= (C B 0 − C A0 )kt
M (1 − X A )

con M ≠ 1

o bien:
ln

CB
= ln M + (C B 0 − C A0 )kt con M ≠ 1
CA

5Representando ln

CB
frente al tiempo se debe obtener una recta de ordenada en el
CA

origen ln M y de pendiente (C B 0 − C A0 )k . A partir de la pendiente se obtiene el valor
de la constante, y repitiendo el proceso con otro valor de temperatura se obtiene la
constante final en función de la temperatura.

0,7
0,6

Ln CB/CA

0,5
0,4

pte= (CB0-CA0)k

O.O= ln M

0,3
0,2
0,1
0
0200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Tiempo (s)

2.2. Dependencia de la constante cinética de la temperatura. Ecuación de
Arrhenius.
Como cualquier constante termodinámica, la constante de velocidad (k) depende de la
temperatura. La expresión que relaciona ambos parámetros es la ecuación de Arrhenius:

k = Ae

− E RT

donde:
A= factor preexponencialE= Energía de activación (J/mol)
R= 8,3143 (J/mol)
T= Temperatura (K)
la cual se puede linealizar aplicando logaritmos neperianos:

ln ( k ) = ln ( A ) −

E
RT

Representando el ln(k) frente a (1/T) se obtiene una recta de cuya ordenada en el origen
puede obtenerse A y de su pendiente E.

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2.3. Ecuación de diseño de un reactor discontinuo.
Al suponer mezcla perfecta, la...