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O ESTUDO DA REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO DO ACETATO DE ETILO (EM BATCH) E VALIDAÇÃO DOS PARÂMETROS CINÉTICOS NUM REATOR DE MISTURA (RPA)

Por:   •  8/5/2022  •  Trabalho acadêmico  •  2.615 Palavras (11 Páginas)  •  169 Visualizações

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INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DO PORTO
LICENCIATURA EM ENGENHARIA QUÍMICA

ESTUDO DA REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO DO ACETATO DE ETILO (EM BATCH) E VALIDAÇÃO DOS PARÂMETROS CINÉTICOS NUM REATOR DE MISTURA (RPA)

Sumário

Objetivos

Este trabalho tem como objetivo determinar a energia de ativação e o fator de frequência da reação de saponificação do acetato de etilo, num reator fechado (Batch), e posterior validação dos parâmetros cinéticos num reator perfeitamente agitado (RPA).

Desta forma, foram realizados ensaios, em reator fechado com agitação, sendo o hidróxido de sódio o reagente limitante. Operou-se numa gama de temperaturas entre [X;X]  com constantes cinéticas experimentalmente obtidas entre []

De modo a validar os parâmetros obtidos nesta experiência recorreu-se a uma reator perfeitamente agitado, à temperatura de X.

Em suma, os parâmetros relativos ao reator fechado podem ser/não podem ser considerados validados no RPA


Índice Geral


Introdução

A cinética química e o projeto de reatores químicos estão no âmago da produção de quase todos os produtos químicos industriais. Os princípios da cinética química, além da fabricação de produtos químicos, podem ser aplicados em áreas tais como sistemas vivos, tratamento de resíduos e poluição do ar e da água [1].

Um reator descontínuo não admite entrada nem saída de reagentes ou produtos durante o processamento da reação: . Se a mistura de reação for perfeitamente misturada de forma que não exista variação na velocidade de reação através do volume do reator, podemos retirar  do integral e escrever o balanço molar na forma [2]: [pic 3][pic 1][pic 2]

[pic 4]

Considere-se  como a velocidade de formação da espécie j por unidade de volume, representado assim o número de moles da espécie j gerado por unidade de volume e por unidade de tempo. A equação de velocidade para  é uma função apenas das propriedades do reagente, como a sua concentração, temperatura ou pressão. Define-se, assim, a velocidade de reação química como uma quantidade intensiva e dependente maioritariamente da temperatura e da concentração. A equação da velocidade de reação é essencialmente algébrica envolvendo concentração, e não uma equação diferencial.[pic 5][pic 6]

Sendo o reagente A, -rA, o reagente limitante, com a concentração das espécies envolvidas na reação, Ci:[pic 7]

-rA = [pic 8]

 A constante de velocidade de reação, k, não é verdadeiramente uma constante, mas apenas independente das concentrações das espécies envolvidas na reação. É uma função da temperatura e pode depender da pressão total, força iónica, solvente escolhido, do catalisador e, obviamente, da reação específica [1].

O acetato de etilo é um éster simples e um ótimo solvente, sendo muito utilizado como solvente polar.  Este, ao reagir com uma base forte como o hidróxido de sódio, ocorre a hidrólise do éster. Assim sendo, a saponificação é a reação química que ocorre entre um ácido gordo presente em óleos e gorduras e uma base forte, tendo como produtos finais um sal orgânico e um álcool [3]. A equação química que traduz esta reação química é a seguinte:

CH3COO(𝐶2𝐻5)+NaOH→ NaCH3COO+𝐶2𝐻5OH

Considerando a seguinte reação química, em que A, B, C e D representam, respetivamente, o CH3COO (𝐶2𝐻5), o NaOH, o NaCH3COO e o 𝐶2𝐻5OH.

aA + bB —> cC + dD[pic 9]

-rA = kCAa. CBb

Dado que –rA corresponde à velocidade de consumo da espécie A e considerando que a reação ocorre num reator fechado (não há entradas nem saídas), ou seja, o volume mantém-se constante [4]:

[pic 10]

 <=> [pic 11][pic 12]

<=> <=>[pic 13][pic 14]

Então a equação pode ser escrita da seguinte forma: [pic 15]

 kCAa. CBb[pic 16]

A ordem de uma corresponde às potências às quais as concentrações são elevadas na lei cinéticas. Uma reação diz-se elementar quando a ordem da reção em relação a cada espécie em igual ao respetivo coeficiente estequiométrico na reação tal como escrita. Pelo contrário, se, para pelo menos uma espécie a ordem de reação for diferente do coeficiente estequiométrico, a reação diz-se não elementar [2].  

Se se considerar que se trata de uma reação de primeira ordem em relação a cada um dos reagentes A e B (a=b=1), virá:[pic 17]

 = kCA.CB[pic 18]

        

E se as concentrações das espécies são equimolares, isto é, o número de moles de A é igual ao número de moles de B, a expressão reduz-se a:[pic 19]

 = kCA02 (1-xA)2 = kCA2[pic 20]

Ou, em termos de conversão de A [4]:[pic 21]

 kCA02 (1 – xA) B – xA), em que ɵB = [pic 22][pic 23]

Sendo, finalmente, a velocidade de reação definida como:

[pic 24]

Através da equação (6), pode-se, então, escrever:

         Equação 9[pic 25]

    [pic 26]

 [pic 27]

Integrando por partes a equação anterior:

...

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