CEEQ
Centro de Estudos de Engenharia Química
Transformação química da matéria,
em tempo real
Realização: André Matias; Tiago Barata
Orientação: Ana Maria Seco; Jaime Puna
Estágio realizado em: Julho de 2011
Objectivo: Estudar a reacção de hidrólise do Acetato de Etilo em meio alcalino, num reactor descontínuo (BATCH) e
num reactor contínuo perfeitamente agitado (CSTR).
Introdução: Neste trabalho, pretendeu-se averiguar, a evolução cinética da reacção em estudo, em ambos os
reactores (CSTR ou BATCH), estudando a evolução das concentrações das espécies químicas intervenientes (reagentes
e produtos), o correspondente grau de conversão, a validação da ordem da reacção e a respectiva velocidade, tudo
em ordem ao tempo. A reacção em causa é descrita pela seguinte equação química:
NaOH(aq) + CH3COOC2H5(aq)
CH3COONa(aq) + C2H6O(aq)
Para a obtenção dos parâmetros referidos no parágrafo anterior, começou-se por determinar a evolução da
condutividade eléctrica da solução reaccional (resultante maioritariamente, do NaOH e do Acetato de Sódio), ao
longo do tempo, através do uso de um condutivímetro, de modo a se poder determinar, a correspondente evolução da
concentração de reagente limitante, que, neste caso, foi o Hidróxido de Sódio e, a partir da estequiometria da reacção
e, do modelo cinético adoptado, os restantes parâmetros, já mencionados anteriormente. De referir que, a equação
cinética desta reacção é de segunda ordem, tipo II, isto é:
r = k.[NaOH].[Ac. Etilo]
em que k – constante de velocidade da reacção
Parte experimental: Para os dois tipos de reactores estudados, ambos no mesmo equipamento reaccional (ver figura 7),
prepararam-se soluções aquosas de 0,06M de NaOH e Acetato de Etilo. Após a determinação do volume total do
reactor, foram adicionados volumes iguais de ambas as soluções, correspondendo cada uma, a 50% do volume total.
Para o reactor BATCH, estudou-se o efeito da temperatura da reacção (30ºC e 35ºC) sobre as concentrações de todas
as espécies químicas envolvidas (reagentes e produtos da reacção).
Tabela 1 – Tabela de resultados experimentais nos reactores
Ensaio
T (ºC)
Qv NaOH
(mL/min.)
Qv Ac. Etlio
(mL/min.)
BATCH
30
-
-
BATCH
35
-
-
CSTR
30
30
30
Volume inicial
NaOH (mL)
Volume inicial
Ac. Etilo (mL)
[NaOH] (M)
(t = 0)
[Ac. Etilo] (M)
(t = 0)
960
960
0,025
0,025
Tratamento de resultados:
[NaOH] = [Ac. Etilo] = f(t)
Condutividade = f(t)
6
4
2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
0,045
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
CSTR, T= 30ºC
0,016
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0
0
t (s)
BATCH, T= 30ºC
[Produtos] (M)
8
[NaOH] (M)
Cond. (mS/cm)
10
[Produtos] = f(t)
200
400
600
800
1000
200
400
1200
600
800
1000
1200
t (s)
t (s)
BATCH, T= 30ºC
BATCH, T = 35ºC
CSTR, T= 30ºC
BATCH, T= 30ºC
BATCH, T = 35ºC
CSTR, T= 30ºC
BATCH, T = 35ºC
Figura 1 – Condutividade ao longo do tempo de reacção
Figura 2 – Concentração de reagentes ao longo do
tempo de reacção
Figura 3 – Concentração dos produtos reaccionais ao
longo do tempo de reacção
Grau de Conversão = f(t)
Reacção de 2ª ordem, tipo II
Velocidade da reacção = f(t)
70
60
60
50
1/[NaOH]
X (%)
50
0,00025
r (mol.dm-3.s-1)
70
40
30
20
40
30
10
20
0
10
0
200
400
600
800
1000
1200
CSTR, T= 30ºC
BATCH, T = 35ºC
Figura 4 – Grau de conversão ao longo do tempo de reacção
0,00015
0,0001
0,00005
0
0
0
0
t (s)
BATCH, T= 30ºC
y = 0,1103x + 28,265
R2 = 0,9996
0,0002
50
100
150
200
250
t (s)
Figura 5 – Correlação linear de 2ª ordem, tipo II
200
400
600
800
1000
1200
t (s)
300
BATCH, T= 30ºC
CSTR, T= 30ºC
BATCH, T = 35ºC
Figura 6 – Velocidade ao longo do tempo de reacção
Discussão de resultados e conclusões: Em função dos dados obtidos, podese concluir que, relativamente ao reactor BATCH, um aumento da
temperatura reaccional provocou uma diminuição do grau de conversão
final, de 57% para 37%, embora, do ponto de vista cinético, a reacção tenha
alcançado o estado estacionário mais rapidamente. No reactor CSTR, a
conversão final é a mais baixa de todas, cerca de 10% (francamente baixa),
devido ao facto de, neste reactor, estar sempre a ocorrer entrada de
reagentes e saída de mistura reaccional.
Refªs Bibliográficas:
- F. P. Incropera, D. P. DeWitt, Introduction to Heat Transfer, 4th. Edition, John Wiley & Sons, 2002
- Armfield Limited, Product Manual HT30X ”Heat Exchanger Service Unit”, Armfield, 2002.
Figura 7 – Equipamento reaccional usado nas experiências
Agradecimentos: Ciência Viva; ISEL – Centro Estudos Eng. Química; Prof. Jaime
Puna, Profª. Ana Seco e Profª. Celeste Serra.