RESUMEN

En la reacción del anhídrido acético y el agua, podemos observar que existe una

variación de la temperatura respecto al tiempo.En el presente informe haremos

una comparación entre los datos experimentales y los datos teóricos,obtenidos a

partir de una ecuación.La cual se obtendrá después de realizar el balance de

materia y el balance de energía de la reacción.

Por ello,a continuación se definirán los conceptos de reactor,de balance de

materia y energía , cuales son las características de los instrumentos usados en la

practica entre otros.

En la practica; la reacción del anhídrido acético y agua se hizo en un REACTOR

BACHT que se trato de mantener aislado;imitando un sistema adiabático;para la

obtención del ácido acético.La proporción del anhídrido acético y agua fue de

25mL y 15mL respectivamente, haciendo un total de un volumen de 40mL, la

temperatura inicial fue de 24.3°C, Se registraron las temperaturas cada

minuto,hasta llegar a una temperatura constante;el total de temperaturas

registradas fue de 35.Los cuales serán comparados con los datos teóricos como

se dijo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Comparar los datos experimentales; de la variación de la temperatura respecto al

tiempo; con los datos teóricos.

OBJETIVO ESPECIFÍCO

Realizar el balance de materia y energía en un reactor batch.

Obtener una comparación grafica de datos experimentales y teóricos.

MARCO TEORICO

REACTORES QUIMICOS

Un reactor químico es una unidad procesadora diseñada para que en su interior se

lleve a cabo una o varias reacciones químicas. Dicha unidad procesadora está

constituida por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y salida

para sustancias químicas, y está gobernado por un algoritmo de control.

Los reactores químicos tienen como funciones principales:

Asegurar el tipo de contacto o modo de fluir de los reactantes en el interior

del tanque, para conseguir una mezcla deseada con los materiales reactantes.

Proporcionar el tiempo suficiente de contacto entre las sustancias y con el

catalizador, para conseguir la extensión deseada de la reacción.

Permitir condiciones de presión, temperatura y composición de modo que la

reacción tenga lugar en el grado y a la velocidad deseada, atendiendo a los

aspectos termodinámicos y cinéticos de la reacción.

TIPOS DE REACTORES QUÍMICOS:

Existen infinidad de tipos de reactores químicos, y cada uno responde a las

necesidades de una situación en particular, entre los tipos más importantes, más

conocidos, y mayormente utilizados en la industria se puede mencionar los

siguientes:

a. REACTOR CONTINUO

Mientras tiene lugar la reacción química al interior del reactor, éste se

alimenta constantemente de material reactante, y también se retira

ininterrumpidamente los productos de la reacción.

b. REACTOR SEMICONTINUO

Es aquel en el cual inicialmente se carga de material todo el reactor, y a

medida que tiene lugar la reacción, se va retirando productos y también

incorporando más material de manera casi continúa.

c. REACTOR TUBULAR

En general es cualquier reactor de operación continua, con movimiento

constante de uno o todos los reactivos en una dirección espacial

seleccionada, y en el cual no se hace ningún intento por inducir al

mezclado. Tienen forma de tubos, los reactivos entran por un extremo y

salen por el otro.

d. REACTOR DISCONTINUO O REACTOR BATCH

Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reacción, sino más

bien, al inicio del proceso se introduce los materiales, se lleva a las

condiciones de presión y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por

un tiempo preestablecido, luego se descargan los productos de la reacción

y los reactantes no convertidos. También es conocido como reactor tipo

Batch.

Las ventajas del reactor por lotes se encuentran con su versatilidad. Un

solo buque puede llevar a cabo una secuencia de operaciones diferentes

sin la necesidad de romper la contención. Esto es particularmente útil en el

tratamiento, tóxicos o muy potentes compuestos.

CINÉTICA

Está referido a cuán rápido ocurren las reacciones, el equilibrio dentro del reactor,

y la velocidad de la reacción química; estas factores están condicionados por la

transferencia (balance) de materia y energía.

Balance de materia:

ENTRA + SALE + GENERA + DESAPARECE = ACUMULA

En un reactor Batch no hay flujo de entrada ni de salida, por lo tanto los

dos primeros términos de esta ecuación son cero.

VdCdt

=0−0−k CnV

lnCC0

=−kt

C=C0 e−kt

dCdt

=−kC

Balance de energía

ENTRA + SALE + GENERA + TRANSMITE = ACUMULA

ÁNHIDRIDO ACÉTICO

El anhídrido acético se disuelve en agua hasta aproximadamente un 2,6% (m/m). [

]Sin embargo, una solución acuosa de anhídrido acético no es estable porque éste

descompone en unos pocos minutos (el tiempo exacto depende de la temperatura)

en una solución de ácido acético.

Producción[]

Industrialmente el anhídrido acético puede ser producido por oxidación del

acetaldehído con O2, formándose ácido peracético CH3C(=O)OOH que

reacciona catalíticamente con otra molécula de acetaldehído para dar el

anhídrido acético; o por pirólisis del ácido acético a cetena CH2=C=O, la cual a

continuación en una segunda etapa reacciona con una molécula de ácido

acético para formar el anhídrido acético; o por carbonilación catalítica

(empleando monóxido de carbono) del acetato de metilo.

TERMOMETRO

Un termómetro es un instrumento que permite medir la temperatura. Los más

populares constan de un bulbo de vidrio que incluye un pequeño tubo capilar; éste

contiene mercurio (u otro material con alto coeficiente de dilatación), que se dilata

de acuerdo a la temperatura y permite medirla sobre una escala graduada.

CRONOMETRO

Un cronómetro es un reloj de precisión que se emplea para medir fracciones de

tiempo muy pequeñas. A diferencia de los relojes convencionales que se utilizan

para medir los minutos y las horas que rigen el tiempo cotidiano, los cronómetros

en la industria para tener un registro de fracciones temporales más breves, como

milésimas de segundo. El cronómetro es un reloj cuya precisión ha sido

comprobada y certificada por algún instituto o centro de control de precisión. En la

actualidad el Control Oficial Suizo de Cronómetros (COSC) es el organismo que

certifica la mayor parte de los cronómetros fabricados.

AGITADOR MAGNÉTICO

Un agitador magnético es un tipo de equipo del laboratorio que consiste en rotar

imán o electro magnetos inmóviles que crean un campo magnético que rota. El

agitador se utiliza a la causa a revuelva la barra, sumergido en un líquido que se

revolverá, para hacer girar muy rápidamente, revolviéndolo. A menudo, el agitador

puede proporcionar la calefacción.

PARTE EXPERIMENTAL

1. MATERIALES

Reactor Batch

Termómetro

Cronómetro

Soporte universal

2. REACTIVOS

Anhídrido acético

Agua

3. PROCEDIMIENTO

1. Medimos los volúmenes de los reactantes ;25 mL de anhídrido acético y

15 mL de agua.

2. Ambos volúmenes los vertimos en un reactor Batch,el cual esta

aislado;con el objetivo de tener un sistema adiabático; este sistema se

encuentra sobre un agitador magnético.

3. Despues de poner la mezcla en el reactor se tapa y en él se coloca un

termómetro para la lectura de las temperaturas.

4. Inmediatamente se toma la temperatura inicial a un tiempo 0 segundos

y se registran las temperaturas cada minuto,hata llegar a una

temperatura constante.

CALCULOS Y RESULTADOS

1. DATOS EXPERIMENTALES

N°

Datot (min)

T

(°C)N° Dato

t

(min)T (°C)

N°

Dato

t

(min)T (°C)

1 0 24.3 13 12 34.5 25 25 48.7

2 1 25.7 14 13 35.3 26 26 50.9

3 2 27.0 15 14 35.9 27 27 53.2

4 3 28.0 16 15 36.1 28 28 55.7

5 4 28.8 17 16 37.5 29 29 58.6

6 5 29.6 18 18 39.1 30 30 62.2

7 6 30.3 19 19 40.1 31 31 66.5

8 7 31.2 20 20 41.3 32 32 71.4

9 8 31.8 21 21 42.5 33 33 76.5

10 9 32.5 22 22 44.0 34 34 81.3

11 10 33.2 23 23 45.5 35 35 83.2

12 11 33.9 24 24 47.1 36

Grafica de la temperatura versus el tiempo:

0 5 10 15 20 25 30 35 40260

280

300

320

340

360

380

TEMPERATURA VS. TIEMPO

Datos experimentales

TIEMPO(MIN)

TEM

PERA

TURA

(K)

2. OBTENCION DE DATOS TEORICOS

Datos bibliográficos:

ρt=1.05g

cm3

∆ H=−9000cal

molanh .acet .

C p=0.88calg° K

ρanh .acet .=1.08g

cm3

logK=5.233−2323T

−γA=k CA 0

2 ( 1−x A )( CB0

C A0

−x A)

La reacción es:

A B S

(CH3CO)2O + H2O 2CH3COOH

PM(CH3CO)2O = 102

PM H2O = 18

PM CH3COOH = 60

Balance de material:

dtd x A

=C A0

(−γ A)

t=C A0∫0

xA dx A

−γA(1)

Determinando –rA:

−γA=k CA 0

2 ( 1−x A )( CB0

C A0

−x A)(2)

Como:

logK=5.233−2323T

Determinando CAo y CBo:

ρ=mv→m=ρ×v

Determinando las masas:

manh .acet .=1.08×25=27 g

magua=1×15=15 g

mt=1.05×40=42 g

Determinando las moles:

nA=27

102=0.265mol

nB=1518

=0.833mol

C A0=nA 0

× ρt

mt

=0.265×1.0542

=6.625molL

CB0=nB0

×ρt

mt

=0.833×1.0542

=20.825molL

Reemplazando k y los valores obtenidos en (2):

−γA=105.233−2323

T ×6.6252(1−x A)( 20.8256.625

−x A)Finalmente obtenemos el tiempo reemplazando en (1):

t=∫0

xA d xA

105.233−2323

T ×6.625(1−x A)( 20.8256.625

−x A)(3)

Balance de energia:

T=T 0−∆ H R×nA×x A

mt×C p

Reemplazando datos:

T=297.3−−9000×0.265×x A

42×0.88

T=297.3+64.529 x A (4 )

Graficando la ecuación (4) se obtiene:

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000260

280

300

320

340

360

380

TEMPERATURA VS. CONVERSION

CONVERSION

TEM

PERA

TURA

Resolviendo la integral (3)en Mathcad:

CBA

COOHCHOHOCOCH

3223 2)(

DatosHr 9000

Vt 0.04a 1.08Cp 0.88

Va 0.025 Lb 1.00

Vb 0.015

98%de pureza

Hallando las masas:Masa del anhidrido acetico:

ma a Va 0.98 1000

ma 26.46 g

Masa del Agua:mb b Vb 1000 0.02 15.876mb 16.176

))(1(0

2 xC

CxKCr

A

BOAO Hallando la masa total:

mt ma mbmt 42.636

PMa 102Hallando las concentracions inicialesPMb 18

Caoma

PMa Vt Cbo

mb

PMb Vt

Naoma

PMa

x 0 0.1 0.9

T x( ) 294.45 HrNao

mt Cp x

t x( )

0

x

x3.8912

10

5.2332323

T x( )

1 x( )

Cbo

Caox

d

t x( )

0

45.125

81.06

110.539

135.533

157.55

177.888

197.926

219.753

248.847

x

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

T x( )

294.45

300.673

306.895

313.118

319.34

325.563

331.786

338.008

344.231

350.454

CONCLUSIONES

Al comparar los datos teóricos y los experimentales podemos observar que hay

una pequeña variación entre ellos,probablemente,debido a las pequeñas

perdidas de calor en el reactor.

RECOMENDACIONES

0 10 20 30 40 50280

300

320

340

360

TEORICO T(x) VS t(X)

T x( )

t x( )

5

t2 t1T2 T1 273 t2

Por lo mencionado se recomienda minimizar las pérdidas de calor durante

la reacción con algún otro tipo de aislante y así acercarnos más a los

valores reales.

Calibrar los instrumentos para no tener errores en los cálculos al momento

de tomar los datos.

BIBLIOBGRAFIA

Smith J. M. Ingenieria De La Cinetica Quimica 6ª Ed 1991

Denbigh,K.G., Turner,J.C.R (1990). “Introducción a la teoría de los

reactores químicos”. Limusa. México.

Froment,G.F., Bischoff, K.B. (1990). “Chemical reactor analysis and

design”. Wiley. New York

Levenspiel,O. (1998). “Ingeniería de las reacciones químicas ”. Reverté.

México.

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

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/munoz_c_r/

capitulo3.pdf

http://www.murciasalud.es/recursos/ficheros/137907-

ANHIDRIDO_ACETICO.pdf