Instituto tecnológico de Tuxtla Gutiérrez

Catedrático:MC. Samuel Enciso Sáenz

Asignatura:Reactores Químicos

Semestre:8 semestre

Nombre del trabajo:“Ecuación cinética del acido acetilsalicílico y

propuesta de una reactor”

Alumnos:Ramírez Esquinca Edwin Armando

Gómez Ruiz Olivia Antonia Guillen Guillen Gabriela Margarita

Urbina Trujillo Violeta MaybethMazariegos Robles Reyna Isabel

Tuxtla Gutiérrez Chiapas a 24 de mayo de 2012

PREPARACIÓN DE ACIDO ACETILSALICÍLICO

Objetivo:

Proponer un modelo de reactor por medio de la síntesis del ácido

acetilsalicílico a partir de la reacción de esterificación del grupo hidroxilo

del ácido salicílico (2-hidróxibenzoico), en presencia de ácido fosfórico al

85%. La aspirina se obtiene por cristalización, teniendo en cuenta que

puede contener impurezas, fundamentalmente de ácido salicílico, debido

a una acetilación incompleta o de la hidrólisis del producto durante su

aislamiento se buscara en fuentes de información un método para poder

titular y saber la concentración del acido acetilsalicílico.

Introducción:

El ácido acetilsalicílico es un éster de ácido acético y ácido salicílico (este último

actúa como "alcohol"). Aunque se pueden obtener ésteres de ácido por

interacción directa del ácido acético con un alcohol o un fenol, se suele usar un

sustituto del ácido acético, anhídrido acético, como agente acetilante. Éste

permite producir ésteres de acetato con velocidad mucho mayor, que por la

acción directa del ácido acético.

La reacción de esterificación que tiene lugar se indica a continuación

El mecanismo por el cual transcurre esta reacción es el siguiente:

La síntesis industrial de la aspirina puede iniciarse en distintos puntos. El examen

de su estructura indica que deben incorporarse determinadas características a la

molécula. En la preparación descrita en esta práctica, se acetila el ácido salicílico

con anhídrido acético. Sin embargo, antes de la acetilación debemos disponer del

anillo aromático, de la función carboxilato y del grupo hidroxilo. En la práctica,

aunque el ácido salicílico puede extraerse de plantas como el abedul o la gaulteria,

suele obtenerse por síntesis mediante la carboxilación del fenol según Kolbe. En la

reacción de Kolbe se transforma un fenol en un ácido fenólico por la acción de una

base y del dióxido de carbono. A escala industrial es una reacción muy eficaz.

El fenol puede prepararse a partir de diversos compuestos aromáticos (como el

benceno, el clorobenceno o el isopropilbenceno) procedentes del petróleo. De este

modo, el precio del petróleo puede determinar, en última instancia, el coste y

disponibilidad de fármacos como la aspirina. Por otra parte, la concentración de

ácido acetilsalicílico en las tabletas de aspirina puede determinarse por valoración

con NaOH hasta punto final de la fenolftaleína. Como el ácido acetilsalicílico se

hidroliza fácilmente para dar acético y ácido salicílico, el disolvente agua no resulta

adecuado como medio para llevar a cabo dicha valoración:

Como los protones carboxílicos tanto del ácido acético como del salicílico se

neutralizan hasta punto final de la fenolftaleína, la hidrólisis del producto de partida

dará resultados más altos y, en consecuencia, un error por exceso. La reacción de

hidrólisis tiene lugar tanto más lentamente cuanto más baja sea la temperatura; y

se reduce en parte disolviendo inicialmente la muestra en un disolvente no acuoso

como el etanol.

Propiedades Fisicoquímicas:

Sólido blanco

Densidad específica (20 ºC): 1,35 g/cm3

Densidad aparente: 600 − 750 Kg/m3

Punto de inflamación: −250 ºC

Punto de fusión: 135 − 144 ºC

pH (solución saturada, 20 ºC): " 3,5

Masa molar molecular: 180,15 g/mol

Temperatura de ignición: 500 ºC

Solubilidad: 3,3 g/L en agua a 25 ºC

Muy soluble en etanol

Procedimiento para la elaboración de acido acetilsalicílico.

1.-Se colocan 15 g (0.1086 mol) de ácido salicílico en un matraz de 500 ml. Se agregan 45 ml de anhídrido acético y luego agregamos 30 gotas de ácido fosfórico al 85 %. 2.-Se agita suavemente para mezclar las capas y se sumerge el matraz acoplado en un equipo de reflujo en un vaso de precipitados lleno de agua caliente (70-80° C) o bien se coloca en la parte alta de un baño de vapor, durante 15 min.  3.-Se aparta el matraz del baño y, mientras aún está caliente, se añade gota a gota alrededor de 1 ml de agua destilada, agitando después de cada adición. (Nota: el anhídrido acético reacciona violentamente con el agua y la mezcla puede salpicar). Una vez se ha adicionado el primer mililitro de agua, pueden ya añadirse rápidamente otros 100 ml de la misma.  4.-Posteriormente sacamos 5 alícuotas de la mezcla cada 3 minutos, de 5 ml cada una, y las colocamos en 5 matraces de 125ml. 

5.-Colocamos cada alícuota en los matraces, se enfrían en un baño de hielo, con lo que el producto debe comenzar a cristalizar. Si el sólido no aparece o precipita un aceite, se toma el matraz con una mano y, sin sacarlo del baño de hielo, se rasca suavemente la pared interior con una varilla de vidrio o agitador.  6.-Cuando el producto haya cristalizado, se recoge por filtración al vacío. El Erlenmeyer y el producto se lavan con una pequeña cantidad de agua destilada fría. 7.-Ponemos el producto en un trozo de papel de filtro, previamente pesado, hacer una especie de sobre y dejar durante algunos días al aire para que se seque.

Valorar el rendimiento del acido acetilsalicílico mediante la purificación por cristalización.

1.-Introducimos en un matraz de 250 ml (bien seco) 10 g de ácido salicílico y 15 ml de ácido acetilsalicílico previamente disuelto en agua. 2.-Agregamos 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado y agitamos. 3.-Calentamos a baño maría entre 50 y 60 ºC durante 10 min. Retiraramos el matraz del baño maría y enfriamos en un baño de agua helada, agregando progresivamente 100 ml de agua. 4.-Disolvemos los grumos que puedan formarse con un agitador e inducimos la cristalización raspando las paredes del vaso. 5.-Realizamos filtración al vacío. 6.-Lavar los cristales con un poco de agua destilada fría. 7.-Realizamos los pasos anteriores para cada muestra.

Identificación del producto obtenido mediante pH:

1.-Transferimos a un tubo de ensayo, 1 gr de la muestra.

 

2.-Agregamos 10 ml de agua destilada y agitamos hasta disolver la mezcla.

 

3.-Mojar la tirita o el papel pH en un poco de la solución y anotamos el valor

obtenido. (Si se tratase de acido acetilsalicílico, éste debería ser de

aproximadamente 3,6 en solución saturada).

 

Titulación con hidróxido de sodio:

1.-Disolver 1 gr de ácido acetilsalicílico en 10 ml de agua destilado. 2.-Agregar dos gotas de fenolftaleína. 3.-Valorar con NaOH 0.1M hasta coloración permanente de la disolución. 4.-Anotar los ml del valorante gastados. 

Determinación de la ecuación cinética de la reacción de acido acetilsalicílico:

Determinamos las concentraciones:

Tiempos (segundos) Volumen NaOH gastado (ml)

180 1.5369 1.8540 2.2720 2.5900 2.8

Utilizamos la siguiente formula general:

C1V1:C2V2

De la cual despejamos para encontrar:

C

Para la cual tenemos como datos:Ca=?C₂=o.1 molarV₁= 5 mlV₂=volumen de NaOH gastado.

Los resultados fueron calculados en Excel, y se muestran en la tabla siguiente:

Tiempo (seg)

Vol. De NaOH (ml)

Ca Cb orden 0 orden 1 orden 2 Cao

(moles)

Cbo

(moles)

180 1.5 0.03 0.97 13.39797511

-3.5065578

97

-2.5951035

84

1 2.4133

360 1.8 0.036 0.964 11.09591753

-3.3242363

41

-2.4065772

51

1 2.4133

540 2.2 0.044 0.956 9.003137914

-3.1235656

45

-2.1975731

74

1 2.4133

720 2.5 0.05 0.95 7.87303692

-2.9957322

74

-2.0634438

74

1 2.4133

900 2.8 0.056 0.944 6.985100426

-2.8824035

88

-1.9437793

7

1 2.4133

Para calcular Cao, tomamos la concentración 1 molar del anhídrido acético.

Para calcular Cbo:

Tenemos que, M= n/V;

Donde:

n= gr del soluto/ P.M del soluto

V=volumen de la solución en litros.

Por lo tanto:

n= (15 gr) / (138.12 gr/mol)= 0.1086 mol.

V= (45ml) (, entonces:

M=, la cual es Cbo.

Una vez teniendo todas las concentraciones procedemos a calcular la ecuación

cinética; para ello se busca el orden de la reacción.

Para la reacción de n= 0 

Tiempo (seg)

180 360 540 720 900

Ca 0.03 0.036 0.044 0.05 0.056

Cb 0.97 0.964 0.956 0.95 0.944

Cao 1 1 1 1 1

Cbo 2.4133 2.4133 2.4133 2.4133 2.4133

13.3979 11.0959 9.0031 7.8730 6.9851

100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

2

4

6

8

10

12

14

16

tiempo

Si ajustamos a una recta, podemos observar que no es una reacción de orden

cero, por lo tanto procedemos al cálculo de la reacción de 1er orden.

Tiempo (seg)

180 360 540 720 900

Ca 0.03 0.036 0.044 0.05 0.056

Ln Ca -3.5065 -3.3242 -3.1235 -2.9957 -2.8824

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

tiempo

ln c

a

Se aproxima un poco más, a una línea recta, pero aun así decidimos calcular la

reacción del tipo de 2do orden.

  Tiempo (seg) 180 360 540 720 900

Ca 0.03 0.036 0.044 0.05 0.056

Cb 0.97 0.964 0.956 0.95 0.944

Cao 1 1 1 1 1

Cbo 2.4133 2.4133 2.4133 2.4133 2.4133

13.3979 11.0959 9.0031 7.8730 6.9851

ln -2.5951 -2.4065 -2.1975 -2.0634 -1.9437

100 200 300 400 500 600 700 800

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

tiempo

ln (

Cb

*Cao

)/(C

bo

*Ca)

Por lo tanto tomamos la reacción como de orden 2, y procedemos a calcular la

ecuación cinética:

Calculamos la pendiente:

A (180, -2.5951) B (900, -1.9437)

m=

K= , donde, M= Cbo/Cao

M=2.4133/1= 2.4133, donde por lo tanto:

K= 0.00218902 lt/ mol. Seg

Entonces la ecuación cinética:

Proponiendo el tipo de reactor:

El reactor idóneo para este proceso es un reactor semi-continuo pero los cálculos

son muy complejos. Al no contar con los datos termodinámicos como energía de

activación y factor de colisión proponemos el diseño de un reactor continúo ideal,

suponiendo un caudal de 150000 lts/hrs y un factor de conversión de 75 % a lo

cual procedemos a calcular:

Para el diseño del reactor proponemos:

Q= 150000 lt/s

Conversión= 75%= 0.75

R= 0.002189 gmol/lts*seg

Cao: 1 gmol /lts

Ca= 0.0432 gmol/lts (promedio)

Calculando:

Convertimos el caudal a lts/seg:

Q=

Cao= 1 gmol/ltAhora calculamos P y :P= Q Cao xP= (41.6666 lts/seg) (1gmol/lts) (0.75) = 31.24995 gmol/seg

=  Por lo tanto calculamos el volumen del reactor:V = Q *V= (41.6666 lts/seg) (437.0945seg) = 18212.2416 lts=18.2122 m3

Conclusión:

En este trabajo se concluye que para llevar acabo esta reacción es

necesario un reactor continuo ideal. Con un caudal de 150000 lts/hrs de

reactivo para el cual se necesita construir un reactor de una capacidad

18.2122 m3 para poder procesar 31.2499 gmol/seg de producto. El proceso

se llevara acabo en un reactor de tanque continuo al cual ingresara el

reactivo de anhídrido acético a una concentración de 1 mol/lts, a 70 °C.