saponificacion

1. SAPONIFICACIÓN DE ACETATO DE ETILO CON HIDRÓXIDO
DE SODIO EN UN REACTOR BATCH
Aguirre Mitma1, Munayco Panta2, Montoya Alvarado3, Martínez Gutierrez4, Andrade Ramirez5
1,2,3,4,5 Laboratorio de Ingeniería Química III, Facultad de Ingeniería Química, Universidad Nacional del
Callao.
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Resumen
En el presente trabajo se determinaron los parámetros cinéticos (como la de velocidad)) correspondientes
a la reacción exotérmica de saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio en un reactor batch,
se realizó el montaje por lotes a diferentes intervalos de tiempo a una temperatura casi constante del
enchaquetado del reactor batch , consideraremos la reacción de segundo orden y trabajaremos con bajas
concentraciones de los reactantes acetato de etilo e hidróxido de sodio , porque si consideráramos
concentraciones mas altas , al ser una reacción rápida , no sería precisa la toma correcta de datos de
tiempo . Se determinó las dimensiones del reactor también se analizó como la conversión en un reactor
batch aumenta con el paso del tiempo a medida que la conductividad disminuía.
Palabras-clave: Saponificación, reactor batch, parámetros cinéticos.
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Abstract
In the present work, the kinetic parameters (such as velocity constant) corresponding to the exothermic
reaction of the ethyl acetate formulation with the sodium hydroxide in a batch of the reactor were
determined, batch assembly was carried out at different intervals of time at an almost constant
temperature of the batch reactor, consider the reaction of the second order and sodium hydroxide levels,
because if you consider that there are higher, the response is fast correct time data. It was determined the
dimensions of the reactor was also analyzed as the conversion in a reactor. The lot was increased over
time as the conductivity decreased.
Keywords: Saponification, batch reactor, kinetic parameters.
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I. INTRODUCCIÓN
La cinética química permite conocer con que
velocidad se desarrolla y se aproxima al
equilibrio, así como cuáles serán las
contribuciones cuantitativas de cada uno de los
factores que influyen en la velocidad. En los
sistemas homogéneos las variables que influyen
son la temperatura, la presión y la composición
[1].
La saponificación es una reacción química entre
un ácido graso y una base. Produciendo un
alcohol libre y una sal acida. El reactor batch es
usado a menudo en investigaciones cinéticas
dentro del laboratorio. Los datos que se
recolectan se analizan mediante ecuaciones para
encontrar los parámetros cinéticos.
En el presente trabajo la reacción que se
pretende estudiar es la saponificación de acetato
de etilo con hidroxido de sodio en un reactor
batch, a la que se le determinara los valores de
la constante cinética asi como la variación de la
conversión en relación al tiempo.
1.1 Saponificación
La saponificación del acetato de etilo es una
reacción de hidrólisis catalizada por base. Esta
reacción general para ésteres, se refiere a la
separación del mismo en un alcohol y el
conjugado básico del éster en mención. El
mecanismo de la reacción de saponificación
entre el acetato de etilo y el hidróxido de sodio,
para producir acetato de sodio y etanol, se
representa en la Figura 1.1
Figura N°1.1 Reacción de saponificación del
acetato de etilo
Esta reacción en específico resulta ser un
proceso irreversible. La velocidad de reacción
ya ha sido descrita y estudiada mediante el

2. siguiente arreglo matemático (expresado en
mol/Lmin):
-𝒓A=(𝑻)[𝑨]α [𝑩] 𝜷
Donde:
𝒌: Constante de velocidad que es función de la
temperatura.
[𝑨]: Concentración del reactante 1
[B]: Concentración del reactante 2
(α y β): Orden de reacción respecto a cada
especie química.
1.2 Balance de materia
Del balance de materia de mol de la especie A
en cualquier instante de tiempo, en un reactor
batch; en el cual no hay entrada ni salida de
reactivos (𝐹𝑗0 = 𝐹𝑗 = 0), mientras se lleva a
cabo la reacción, dicho balance seria:
dNj
dt
= ∫ rjdV
𝑉
0
Considerando que no hay variación de la
velocidad de reacción por la condición de
agitación “perfecta” y tomando el volumen
constante V=V0. La ecuación puede ser
dispuesto de la siguiente forma:
1
𝑉0
dNA
dt
=
(
dN 𝐴
𝑉0
)
dt
=
dCA
dt
= 𝑟𝐴
El tiempo, t, necesario para reducir el número
de moles de NA0 a NA1 se indica mediante la
siguiente ecuación:
𝑡 = ∫
dNA
−𝑟𝐴 𝑉
=
𝑁A0
𝑁A1
− ∫
𝑑𝐶 𝐴
−𝑟𝐴
𝐶 𝐴1
𝐶 𝐴0
= 𝐶 𝐴0 ∫
𝑑𝑥 𝐴
𝑟𝐴
𝑋 𝐴
0
Conductividad de soluciones
La conductividad en soluciones es una
propiedad que depende tanto de las
concentraciones de iones como de la
temperatura. Para su análisis teórico resulta
tratar la conductividad por unidad de moles de
compuesto disuelto en unidades de volumen o
equivalentemente concentración C.
Λ =
𝑘
𝐶
(
𝑆. 𝑚2
𝑚𝑜𝑙
)
Para bajas concentraciones aceptando la
simplicidad del modelo, se puede relacionar la
conductividad molar con la concentración de
sal, así la ecuación de Debye-Hückel-Onsager
establece lo siguiente:
Λ = Λ∞ − (𝐴 + 𝐵. Λ∞ )√𝐶
Donde:
Λ∞ : Representa la conductividad molar a
dilución infinita (concentraciones muy bajas)
A y B: Representan constantes que dependen de
la temperatura, viscosidad de la disolución y
constante dieléctrica del medio.
C: Representa la concentración total de la sal.
Esta funcionalidad había sido derivada
empíricamente por Kohlraush, y funciona bien
en electrolitos fuertes.
Figura N°1.2 Conductividad molar de
diferentes especies a 25 °C
A partir de esta, esta claro notar que electrolisis
fuertes como el cloruro de potasio, presentan
una caída lineal de la conductividad molar al
graficarla frente a la raíz de la concentración.
Por otro lado, electrolitos débiles, presentan una
caída que podría ser modelada en forma de
potencia, esto se debe a que en un electrolito
débil el grado de disociación es afectado por la
concentración y este afecta a la conductividad.
Los valores de conductividad molar para
diferentes electrolitos pueden ser obtenidas a
partir de los iones que lo comprenden, en el
caso de electrolitos simples se puede expresar
de la siguiente forma:
Λ∞ = 𝜆+
∞
𝜆−
∞
En donde, 𝜆+
∞
𝜆−
∞
son las conductividades
molares iniciales del catión y anión,
respectivamente. Estas se encuentran tabuladas
a 25°C para una variedad de iones, tal como se
muestra en la tabla siguiente:
ION 𝜆∞
(𝑆 𝑐𝑚2
𝑚𝑜𝑙−1
)
Na+ 50.08
Fuente: (Levine,2008)

3. OH- 198
CH3COO- 40.9
Las conductividades molares iónicas, son
usualmente funciones de la temperatura y es
posible modelar su comportamiento según la
forma de Arrhenius [2], así:
𝜆∞( 𝑇) = 𝐴. exp(
−𝐸𝐴
𝑘. 𝑇
)
En donde:
A: Corresponde a un factor exponencial.
𝐸𝐴 : Corresponde a la energía de activación del
proceso.
k: Corresponde a la constante de Boltzman.
T: Temperatura en una escala absoluta.
Luego, en la solución de electrolitos la
conductividad al ser una propiedad aditiva viene
dada por la siguiente expresión
𝑘 = ∑ 𝑐𝑖Λ𝑖
En caso de medir la conductividad de una
solución se puede resolver la expresión anterior
para la concentración, teniendo en
consideración que la conductividad molar es
también función de ésta.
Evaluación de la velocidad a partir de datos
experimentales
La determinación de la expresión cinética y los
parámetros cinéticos debe basarse a partir de
resultados experimentales. Para el análisis
podemos emplear el método integral y
diferencial:
Sea la reacción: 𝐴 +𝐵 → C
−𝑟𝐴 =
dCA
dt
= 𝑘𝐶 𝐴 𝐶 𝐵
−𝑟𝐴 = −
dCA
dt
= 𝐶 𝐴0
dXA
dt
= 𝑘𝐶 𝐴0
2
(1 − 𝑋𝐴 )(𝜃 − 𝑋𝐴 )
Considerando: 𝜃 =
𝐶 𝐵0
𝐶 𝐴0
Integrando:
1
𝜃−1
ln (
𝜃−𝑋 𝐴
𝜃(1−𝑋 𝐴
)
) = 𝐶 𝐴0 𝑘𝑡
Figura N°1.3 Reacción de segundo orden
Fuente: Guía de laboratorio de Ingeniería
Química III. Facultad de Ingeniería Química.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Materiales
Hidróxido de sodio
Acetato de etilo(Concentracion del 99% y
densidad de 0.90g/mL)
Ácido clorhídrico de 0.06N(Concentración
de 32% y densidad de 1.189g/mL)
Fenolftaleína
Agua desionizada
2.2 Equipo experimental
La reacción se llevó a cabo en un reactor tipo
Batch de acero con 1,5 L de capacidad- Posee
un agitador y un n indicador de temperatura
digital para la mezcla reaccionante.
Procedimiento
Se prepararon las soluciones de trabajo: 1 L de
NaOH 0.05 N, 500 mL de acetato de etilo 0.04
N y 250 mL de Ácido clorhídrico 0.06 N.
El reactor fue limpiado y acondicionado, la
velocidad de agitación fue de 92 RPM.
El hidróxido de sodio y acetato de etilo se
añadieron al reactor, cada uno con un volumen
de 500 mL e inmediatamente se accionó el
agitador y el medidor de temperatura digital.
Se tomaron muestras de la mezcla reaccionante,
con una pipeta, cada 5 y 10 minutos para
realizar las lecturas de conductividad y las
concentraciones de hidróxido. Se tomaron
también lecturas de temperatura para cada
tiempo. El análisis de las muestras cesó al
percibir lecturas de concentración de hidróxido
casi constantes.
Las muestras retiradas cada cierto tiempo se
titularon con HCl 0.01 N en presencia de
fenolftaleína, cuando la solución presentó el
cambio a color rojo grosella se obtuvo el

4. volumen gastado de HCl que sirvió para
calcular la conversión de NaOH.
III. RESULTADOS
Gráfica conductividad vs tiempo
Datos obtenidos en la experiencia:
Tabla N°3.1 tiempo vs Conductividad
Tiempo (min) Conductividad
0 5.13
5 4.34
20 2.84
30 2.26
40 2.16
45 0.65
50 0.32
Fuente: Elaboración Propia
Luego haciendo una gráfica Conductividad vs
tiempo
Figura N°3.1: tiempo vs Conductividad
Fuente: Elaboración Propia
Se logra ver una disminución de la
conductividad con el tiempo, esto es debido a la
neutralización de los iones al seguirse
produciendo la reacción del NaOH con al
Acetato de Etilo. La reacción terminará hasta
que la conductividad tienda a ser constante.
Conversión de la reacción vs el tiempo
𝑋𝐴 =
𝐶 𝐴0 − 𝐶 𝐴
𝐶 𝐴0
Tabla N°3.2 Datos Obtenidos
Experimentalmente
Tiempo V de HCl 𝐶 𝐴 (𝑁) 𝑋𝐴
0 0 0.025 0
5 8.2 0.0164 0.344
20 5 0.01 0.6
30 3.9 0.0078 0.688
40 3.9 0.0078 0.688
45 3.8 0.0076 0.696
50 3.7 0.0074 0.704
Fuente: Elaboración Propia
Figura N°3.2 : Concentración vs Tiempo
Fuente: Elaboración Propia
Como se observa la conversión irá
disminuyendo poco a poco según suceda la
reacción y aproximadamente la conversión es
constante en el minuto 30.
Cálculo de la Velocidad de Reacción por
Integración
La velocidad se obtendrá según la siguiente
ecuación:
𝐾 =
1
(𝑀 − 1)𝐶 𝐴0 ∗ 𝑡
. ln(
𝑀 − 𝑋𝐴
𝑀(1 − 𝑋𝐴)
)
Datos:
𝐶 𝐴0 = 0.025 𝑁
𝐶 𝐵0 = 0.02 𝑁
𝑀 =
𝐶 𝐵0
𝐶 𝐴0
=
5
4
El tiempo mínimo será aproximadamente 30
minutos, t=30 y su conversión respectiva a este
tiempo será 𝑋𝐴 = 0.688.
Reemplazando:
𝐾 = 1.95
𝐿
𝑚𝑜𝑙 . 𝑚𝑖𝑛.
Entonces la constante de Velocidad es
1.95
𝐿
𝑚𝑜𝑙 .𝑚𝑖𝑛.
.
Análisis de Error
Otros estudios realizados sobre la
saponificación del acetato de etilo con NaOH en
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 10 20 30 40 50 60
x vs tiempo
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60
tiempo vs Conductividad

5. un Reactor CSTR obteniendo una K= 2,083
l/mol*min a 27°C [3].
Hallando el error tomando como referencia
teórica K= 2,083 l/mol*min.
% Error =
𝐾𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝐾𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝐾𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
x 100 %
% Error =
2,083
l
mol
∗ min− 1.95
𝐿
𝑚𝑜𝑙 .𝑚𝑖𝑛.
2,083 l/mol ∗ min
% Error = 𝟔. 𝟑𝟖𝟓 %
IV. DISCUSIÓN DE
RESULTADOS
La neutralización de los iones de NaOH en la
solución en el transcurso de la reacción química
influyen con la disminución de la
conductividad eléctrica de la solución ya que
éstos iones se irán perdiendo en al pasar el
tiempo hasta que al terminar la reacción o llegar
a un equilibrio donde se obtuvimos una
conductividad casi constante.
Cuando inicia la reacción el grado de
conversión será mayor ya que habrá gran
cantidad de reactantes, a medida que pase el
tiempo la concentración de éstos disminuirá
afectando la capacidad de conversión y su
disminución progresiva hasta una tendencia
constante, aquí habrá concluido la reacción o
habrá llegado al equilibrio (aprox. 30 minutos).
La constante de velocidad depende del tiempo
de reacción, esto se puede obtener usando la
ecuación de velocidad integrada para una
reacción irreversible cuyo resultado fue
de 1.95
𝐿
𝑚𝑜𝑙 .𝑚𝑖𝑛 .
.
El desarrollo de la práctica fue contrastada con
resultados teóricos logrando un error de las
constantes de equilibrio de 6.385 %, un error
aceptable a las condiciones de trabajo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Izquierdo et al., Cinetica de las Reacciones
Químicas. Edicions de la Universitat de
Barcelona, España, 2004.
Zhang, 2011
[3] Nuñez O.,Cabrera C.(2011).
Comportamiento dinámico de la saponificación
del acetato en un reactor de tanque con reacción
contínua.