Saponificación Acetato de Etilo

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Introducción

La saponificación corresponde a una reacción química utilizada principalmente para la producción de jabón. Se aprovecha la disociación que se produce en las grasas en medio alcalino, las cuales se asocian con los álcalis, constituyendo las sales sódicas de los ácidos grasos, es decir el jabón. Además, esta reacción se utiliza en la industria para producir productos como cuero, textiles, caucho e incluso en la industria de alimentos.

La reacción en si es relativamente sencilla de realizar, por lo que resulta ideal para estudiar su cinética de reacción, que es el objetivo del presente laboratorio. La cinética de una reacción nos permite saber qué tan rápido ocurrirá esta, que cantidad de cada reactivo es necesario utilizar, que tipo de reactor utilizar, en qué condiciones debe ocurrir la reacción para que el rendimiento y calidad de los productos de esta sea el mayor posible. Por lo tanto, si queremos utilizar cualquier tipo de reacción química en la industria, es vital conocer de antemano la cinética de la reacción involucrada mediante experimentación a pequeña escala, lo que luego nos permitirá aplicar la reacción en los ámbitos que requiera la industria.

La cinética de una reacción se puede estudiar utilizando un reactor continuo perfectamente agitado (CSTR), podemos hacer la reacción de saponificación y estudiar como varían las concentraciones de los reactantes y productos, al no tener un método directo para medir las concentraciones de los reactivos, se utiliza un conductímetro para medir la conductividad de las soluciones a medida que ocurre la reacción. La conductividad está directamente relaciona con la concentración de los reactivos, ya que estos se disocian en solución acuosa cambiando la conductividad de esta a medida que van cambiando su concentración.

El dato principal a obtener a en este laboratorio corresponde a la energía de activación, al obtener este dato nos será posible estimar la constante cinética de la reacción a cualquier temperatura mediante la ecuación de Arrhenius. De esta forma se podrá modelar esta reacción para distintas condiciones que se pueden necesitar en la industria, todo gracias a experimentación en un reactor CSTR a escala.

Por lo tanto para cumplir este cometido, se debe diseñar un reactor CSTR en estado estacionario, el cual cumpla con las condiciones necesarias para realizar el experimento, mediante las múltiples ecuaciones que modelan al reactor, tomando en cuenta variables como temperatura, flujos, concentraciones de los reactivos, etc. De esta forma al llevar a cabo experimentos a distinta temperatura, podremos determinar la energía de activación de la reacción, lo que nos permitirá entender mejor la cinética de la saponificación del acetato de etilo.

Del experimento se espera principalmente obtener los parámetros anteriormente señalados, la constante cinética de la reacción y la velocidad de reacción que tendrán valores distintos dependiendo la temperatura y la energía de activación que corresponde a un valor fijo que rondará un valor de 1000 .[pic 23][pic 24]

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Marco teórico

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Reacción de Saponificación

Se le denomina reacción de saponificación a la hidrólisis básica de ésteres, la cual se realiza en medio acuoso y tiene por finalidad transformar el éster en un carboxilato por el remplazo del grupo OR.

En la reacción de saponificación de acetato de etilo se obtiene acetato de sodio y alcohol etílico usando hidróxido de sodio como reactivo. Como sucede en todas estas reacciones, el equilibrio está desplazado hacia la derecha y la velocidad a la que tiene lugar la reacción es adecuada para poderla seguir en el laboratorio sin necesidad de emplear técnicas sofisticadas. Por esta razón suele ser una de las más utilizadas en el estudio del comportamiento de los reactores químicos [pic 25]

A continuación, se detalla la reacción, en donde el ión OH- proviene del Hidróxido de sodio, posteriormente el ión sodio se une al anión para formar acetato sódico.

[pic 26]

Dicha reacción presenta desplazamiento favorable hacia los productos y es conocido que sigue una cinética de segundo orden.

[pic 27]

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Modelación de reactor RCPA

La ecuación que describe los reactores continuos perfectamente agitado, obtenida de un balance general es como sigue[pic 28]

[pic 29]

O en términos de conversión la ecuación es:[pic 30]

[pic 31]

Dónde es la velocidad de consumo de reactantes y para esta reacción que es de segundo orden:[pic 32]

[pic 33]

para concentraciones equimolares de reactantes

[pic 34]

Suposiciones:

FA0=FB0, q0=q, CA0=CB0

Luego, la tabla estequiometria queda de la siguiente forma:[pic 35]

Compuesto

Entra

Reacción

Sale

Ci

A

FA0

FA0*XA

FA0*(1-XA)

Ca0(1-XA)

B

FA0

FA0*XA

FA0*(1-XA)

Ca0(1-XA)

C

0

FA0*XA

FA0*XA

Ca0*XA

D

0

FA0*XA