UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA INGENIERIA
PREINFORME REACTORES CATALITICOS CATALITICOS DE LABORATORIO: LABORATORIO:
“OBTENCION DE ACETALDEHIDO A PARTIR DE ETANOL” CATEDRA:
INGENIERIA DE LAS REACCIONES REACCIONES QUIMICAS II
CATEDRÁTICO:
ING. Iván Luís OSORIO LOPEZ LOPEZ
ALUMNOS: ALUMNOS:
BONILLA SANABRIA, SANABRIA, Dany CHALCO QUILCA, Yanina ERNANDEZ CER!AN"ES, Mi#a$%&s GARCIA HUARIPA"A, 'a()*#in* GUERE CHAGUA, !iviana 'URADO USCUCHAGUA, Ma%i+a LAURA !ALENCIA, Li#iana LAUREANO AG-ERO, %*y LAZO MANCCO, Mi#+&n LIZANA CHARAPAQUI, Ma%i#/ QUISPE LORO0A, M*%(**s
SEMESTRE:
!III
FECHA:
12311345
HUANCAYO-PERU
2004
INTRODUCCION El acetaldehído es un producto de oxidación parcial e isómero más sencillo del etileno, pero la obtención de este producto de importancia industrial también se puede hacer con la oxidación del etanol y para acelerar y ver la efectividad se usan catalizadores. El objetivo de la practica de laboratorio de Ineniería de las !eacciones "uímicas es obtener acetaldehído en el !eactor #atalítico a escala $iloto y para la obtención final se debe condens condensar ar ya %ue la temperatura temperatura del acetaldeh acetaldehído ído después después de haber pasado por el rector es elevada y se encuentra en el estado aseoso& pero para la realización de esta practica de laboratorio se debe realizar un preinforme con los pasos a seuir de la mejor manera la practica.
'() *'+-()
OBJETIVOS GENERALES Evaluar
el comportamiento del catalizador en un reactor catalítico diferencial del
'($+ de la +-#$. !econocer
laboratorio.
el procedimiento a seuir para el buen desarrollo de la práctica de
MARCO TEORICO ACETALDEHÍDO: 'as materias primas para la obtención del acetaldehído dependen de los países, con influencia principal de factores económicos e históricos. En EE.++., ran /reta0a y 1rancia, todavía hasta mediados de los a0os sesenta, desempe0aron un ran papel los procesos de obtención %ue parten de etileno, con etanol como intermedio. En *lemania 1ederal e Italia, en cambio, se prefería la hidratación del acetileno por el elevado precio del etanol debido a las medidas fiscales. 'a oxidación de alcanos # 23#4 constituye otros posibles acceso al acetaldehído, %ue hasta ahora sólo ha utilizado con una extensión limitada en los EE.++. )ólo un 556 de la producción de acetaldehído procedía de la oxidación de mezclas de propano3butano en 5782. #on la oferta de etileno más barato, procedente de disociación de as natural y nafta, por una parte, y el desarrollo de procesos industriales de oxidación directa por 9ac:er;
en conjunto sólo 5?@ @@@ toneladas, frente a las >@@ @@@ del mundo entero, es decir, un 586 de la capacidad mundial de acetaldehído. 'a obtención de acetaldehído basándose en acetileno, %ue en 57>A a=n constituía en los EE.++. el 86, se ha suspendido. En el Bapón también se cerraron en 57>A las =ltimas plantas basadas en acetileno. En cambió, actualmente, en este país el acetaldehído se obtiene exclusivamente por oxidación de etileno directa. )in embaro, a=n en 578>, había una capacidad CmundialD de ?>4 @@@ toneladas anuales de acetaldehído repartidas por todo el mundo Cprincipalmente en los países de Europa orientalD. En *lemania 1ederal la mayor parte de acetaldehído se obtiene a partir de etileno por el proceso 9ac:er;
'as cifras conocidas de producción de acetaldehído en los países industriales más importantes se re=nen en la tabla al maren. * partir de 5784 no se publicaron las cifras de los Estados +nidos& no obstante, en 578G la capacidad de producción ascendía aproximadamente a 82@ @@@ toneladas al a0o.
Ace!"#e$%#& '&( O)*#!c*+, #e E*"e,&6 una7*n+&s 8uí7i(&s6
El principio de la oxidación parcial de etileno para la obtención de acetaldehído, extendida actualmente en todo el mundo, resulta de la observación hecha por 1.#. $hillips, ya en 5A74, de %ue las sales de platino, en reacción este%uiométrica, oxidaban selectivamente al etileno, dando acetaldehído con simultánea reducción a platino metálico. $ero sólo el descubrimiento realizado por 9ac:er de un proceso catalítico con ayuda de un sistema redox fue decisivo para el desarrollo de la tecnoloía adecuada por 9ac:er
H2C = CH2 + 0.502
Pd-Cu-cat.
CH3CHO
H = - 58 kcal /mol 243 KJ
El catalizador es un sistema de dos componentes, %ue consta de $d#I ? y #u#I?. En el $d#I? reside la propia función catalítica, %ue tiene luar por la formación de un complejo con el etileno y un cambio de liandos. #omo pasos parciales más importantes en el mecanismo están la formación de un complejo π Ccomplejo de transferencia de caraD, el reordenamiento a un complejo ó y su disociación a los productos finalesH CI
OH Pd
CI
H2 C
CH2
CI CI
Pd C 2 H4 OH
CH3CHO + Pdº + 2 CI
+ H
El #u#I? produce la reoxidación del paladio metálico CcerovalenteD a su rado de valencia dos. (tros numerosos medios de oxidación se pueden utilizar para transformar el $d a $d ?J, pero sólo el cobre es ventajoso en el sistema redox, ya %ue por el ( ? vuelve a pasar fácilmente de cobre monovalente a cobre divalente por oxidación.
'a anteriormente indicada ecuación lobal resume un conjunto de reacciones de varios pasos, %ue formalmente puede deslosarse en la oxidación rápida de la olefinaH
H2C = CH2 + PdCI + H2O
CH3CHO + Pd + 2 HCI
y en la reeneración %ue determina la velocidad del procesoH
Pd + 2 CuCI2
PdCI2 + 2 CuCI
2 CuCI + 0.502 + 2 HCI
2 CuCI2 + H2O
'a velocidad de ambas reacciones parciales se puede reular entre las mismas ajustando el contenido en <#I, viéndose acelerada la reeneración por una concentración superior de <#I. En total, las cantidades de sales de paladio necesarias para la oxidación selectiva del etileno se puede reducir a cantidades catalíticas empleando un ran exceso de #u#I ?. R*a#ia(i9n *# P%&(*s&6
'a obtención industrial en ran escala de acetaldehído tiene luar en un sistema de dos fases, es decir, as3lí%uido. 'os reactivos aseosos, etileno, aire o ( ? reacciona con la disolución clorhídrica acuosa de los catalizadores en un reactor de columna de insuflación construido con titanio o revestido de cerámica. )e han desarrollado simultáneamente dos variantes de su funcionamientoH 5. El proceso en una etapa en el %ue, en el mismo reactor, se produce simultáneamente la reacción y reeneración. #omo oxidante se emplea ( ?. ?. El proceso en dos etapas, en el cual reacción y reeneración se realizan en dos reactores separados. En este caso se puede utilizar como oxidante aire. En el proceso de una etapa se insufla el etileno y ( ? a 2 bars y 5?@;52@# a través de la disolución de catalizador. El etileno se transforma en un 2G;4G6. El calor desarrollado en la reacción se emplea para destilar el acetaldehído, así también el aua de la disolución del catalizador, %ue de nuevo se vuelve al reactor. Ke esta forma se introducen en el ciclo unos ?,G;2,@ m2 de <2@ por tonelada de acetaldehído. $ara evitar un aumento de as inerte, %ue conduciría a una pérdida de etileno por expulsión, es por lo %ue es necesario el empleo de (? puro y también etileno Cdel 77,76 en volumenD.
En el proceso de dos etapas se hace reaccionar el etileno con la disolución catalítica a 5@G;55@# y 5@ bars hasta casi transformación total. Lras la expansión y destilación de la mezcla acetaldehído3aua, la disolución catalítica se pasa al reactor de oxidación y a 5@@# y 5@ bars se reenera con aire y, finalmente, se lleva de nuevo al reactor. #on esto se produce un consumo de ( ? producto del aire empleado y %ueda así un as residual con un elevado contenido de - ? %ue se puede recuperar para su empleo como as inerte. 1rente a las ventajas de transformación completa del etileno empleado y de utilizar aire, se tiene el inconveniente de inversiones elevadas para el sistema de doble reactor con empleo de altas presiones y trasvasado de catalizador. En ambos procesos el aldehído bruto acuoso se concentra y purifica por una destilación en dos etapas, %ue lo liberan de subproductos, como acético, aldehído crotónico y compuestos clorados. En ambos casos las selectividades son prácticamente iuales al 746. En 578A existían en todo el mundo instalaciones se=n el proceso 9ac:er; millones de toneladas al a0o de acetaldehído. "*n*n(ias * M*:&%a7i*n+&6
'a mayor parte Cse=n países entre G@;8@6D del acetaldehído se dedica a su transformación en acético y anhídrido acético, $or tanto, cual%uier variación en el mercado del acético debe reflejarse en la situación del acetaldehído. )i en el futuro anan importancia otros procesos más baratos para la obtención de acético, se producirá inevitablemente un retroceso en la capacidad de obtención de acetaldehído. *sí, la carbonilación del metanol, en un sistema eneral basado en el as de síntesis, podría ejercer una de esas presiones económicas. Lambién pueden ser interesantes otros procesos %ue en luar del valioso etileno emplean directamente etano, como, por ejemplo, con la mezcla fundida de #u(;#u#I ? C'ummusD %ue lo transforma en acetaldehído, si se pueden realizar industrialmente y en condiciones económicas. (tros procesos posibles, como la oxidación en fase aseosa del etileno sobre sistemas catalíticos heteroéneos, como, por ejemplo, a base de $d;F ?(G C+##D o la oxidación en fase lí%uida con catalizadores homoéneos a base de sales de $d con heteropoliácidos, como los fosfomolíbdicos o vanádicos C+!))D no han encontrado hasta ahora ninuna aplicación industrial.
Ace!"#e$%#& ! '!(*( #e E!,&":
El acetaldehído se puede obtener por deshidroenación catalítica de etanol en forma análoa a la del formaldehído a partir de metanolH
C2H5OH
cat.
CH3CHO + H2
H = + 20 kcal /mol 84 KJ
$ero al contrario %ue para el metanol, no se emplea una oxidación. En luar de ello, son corrientes dos modificaciones de la deshidroenaciónH •
Keshidroenación sobre catalizadores de plata o preferentemente de cobre, así como
•
Keshidroenación oxidante sobre catalizadores de plata en presencia de oxíeno.
Pas& 16
'a deshidroenación de etanol se realiza, por ejemplo, en EE.++., predominantemente sobre catalizadores de #u, %ue están activados con Mn, #o o #r. +n proceso, utilizado muchas veces, procede de la #arbide and #arbon #orp. 'a temperatura se mantiene a ?8@;2@@#, de forma %ue la conversión del etanol %uede limitada al 2@;G@6. #on ello se consiue una selectividad en acetaldehído del 7@6. #omo subproductos se obtienen acetato de etilo, alcoholes superiores y etileno. El hidróeno %ue se produce simultáneamente se puede utilizar directamente para hidroenaciones a causa de su pureza. Pas& ;6
)i se realiza la deshidroenación del etanol en presencia de aire o @ ? Cpor ejemplo, se=n el proceso FebaD, la combustión simultánea del hidróeno formado proporciona el calor necesario para la deshidroenación Coxideshidroenación o deshidroenación autotérmicaDH
C2H5OH + 0.502
cat.
CH3CHO + H2O
H = - 43 kcal /mol 180 KJ
En los procesos industriales se prefieren para la oxidodeshidroenación catalizadores de plata en forma de redes metálicas o rellenos cristalinos.
'os vapores de etanol
mezclados con aire se dirien sobre el catalizador a 2 bars y a 4G@;GG@#. Ke acuerdo con la cantidad de aire se establece una temperatura a la cual el calor de oxidación compresa el calor necesario para la deshidroenación. )e=n la temperatura de reacción resulta una conversión del etanol del 2@;G@6, por paso, con una selectividad de un AG; 786. #omo subproductos se obtienen acético, fórmico, acetato de etilo, #( y #( ?.
En ambas modificaciones del proceso se separa el acetaldehído del alcohol sin transformar y subproductos, y se purifica por diferentes lavados y destilaciones. El etanol recuperado se emplea de nuevo en la reacción.
ETANOLH Es un alcohol de alto octanaje producido por la fermentación del az=car extraída de la ca0a. Es un compuesto oránico lí%uido diferente a los hidrocarburos. )e usa como un inrediente para mezclar con la asolina y así enerar un combustible de alto octanaje en los automotores. 'os motores de los vehículos tendrán una combustión limpia minimizando la emisión de ases al ambiente y contribuyendo de esta forma a %ue el planeta no sia con sus extra0os cambios atmosféricos como lo hemos visto =ltimamente. El alcohol de vino, alcohol etílico o etanol, de fórmula #?
C < H 1;O< ;C ; H 2OH = ;CO; Esta reacción compleja, ya %ue los cultivos impuros de levaduras producen otras sustancias, como el aceite de fusel, la licerina y diversos ácidos oránicos. El lí%uido
fermentado, %ue contiene de un 8 a un 5?6 de etanol, se concentra hasta llear a un 7G6 mediante una serie de destilaciones. En la elaboración de ciertas bebidas como el Phis:y y el brandy, alunas de sus impurezas son las encaradas de darle su característico sabor final. 'a mayoría del etanol no destinado al consumo humano se prepara sintéticamente, tanto a partir del etanal (lí%uido incoloro y volátil, de fórmula #<2#<(, con un penetrante olor a frutas. Es importante como intermedio en la fabricación de numerosos productos %uímicos, medicamentos y plásticos, incluidos el ácido etanoico Cácido acéticoD, el butanol Calcohol butílicoD, el tricloroetanal CcloralD y la piridina. El acetaldehído es miscible con el aua y con la mayoría de los disolventes oránicos comunes, y se fabrica por oxidación del eteno CetilenoD y del etanol Calcohol etílicoD, o por la combinación de aua y etino CacetilenoD. El etanol tiene un punto de fusión de ;5?2,G N#, un punto de ebullición de ?@,A N# y una densidad de @,88A 3ml a ?@ N#.D procedente del etino (as inflamable, inodoro e incoloro, alo más liero %ue el aire, de fórmula 7,4 N# y un punto de ebullición de ;5@2,A N#.Ddel petróleo. Lambién se elabora en pe%ue0as cantidades a partir de la pulpa de madera. 'a oxidación del etanol produce etanal %ue a su vez se oxida a ácido etanoico. *l deshidratarse, el etanol forma dietiléter. El butadieno, utilizado en la fabricación de caucho
sintético, y el cloroetano, un anestésico local, son otros de los numerosos productos %uímicos %ue se obtienen del etanol. Este alcohol es miscible con aua y con la mayor parte de los disolventes oránicos. Es un disolvente eficaz de un ran n=mero de sustancias, y se utiliza en la elaboración de perfumes, lacas, celuloides y explosivos. 'as disoluciones alcohólicas de sustancias no volátiles se denominan tinturas. )i la disolución es volátil recibe el nombre de espíritu. -ombraremos alunos de los alcoholes farmado por este alcohol y sus características enerales.
DESCRIPCIN DEL E.UIPO El
!eactor catalítico a escala piloto esta constituido por un precalentador, un reactor,
un condensador y un tablero de control. El
precalentador tiene instalado dos resistencias las cuales sirven para incrementar la
temperatura del fluido de alimentación, en el cual inresa la mezcla de etanol y oxieno CaireD para llevarlo hasta una temperatura de ?@@ # para pasar lueo al reactor. El
reactor en su interior tiene un lecho empacado Cránulos de pelletsD, consta de una
capa de aislante térmico Cfibra de vidrioD y para el control de las temperaturas consta de cinco termocuplas instaladas de manera e%uidistante y tres resistencias %ue sirven para mantener una temperatura de trabajo de ?G@ #, para finalmente obtener, el producto %ue se encuentra en fase aseosa %ue es condensado en el matraz :itasato en el %ue se atrapa al acetaldehído y los otros ases se hace burbujear en aua, siendo el acetaldehído un compuesto volátil se le mantiene al matraz sumerido en un recipiente con hielo. El
tablero de control esta distribuido en tres partesH precalentador, evaporador
CdefectuosoD y reactor. El
precalentador tiene un interruptor para las resistencias, un control diital para
raduar las temperaturas y leer los reistros de las termocuplas. En el reactor tiene un sistema similar.
PROCEDIMIENTO E/PERIMENTAL #olocar las cantidades necesarias de las partículas de inerte, catalizador e inerte
en el
orden nombrado para darle estabilidad al lecho dentro del reactor. 'lenar
en el balón ?G@ m' de EL*-(' y colocarlo en el manto de calentamiento a
una temperatura mayor a >7# C$unto de Ebullición del etanol en
en cierto tiempoCuna vez iniciada la ebulliciónDel vol=men de etanol %ue
%ueda en el balón, para poder determinar por diferencia de vol=menes, inicial y final, el caudal de alimentación %ue está inresando al precalentador. En
el panel de control, establecer una temperatura de ?@@# para el precalentador y
de ?G@# para el reactorCdebido a %ue una vez alcanzada estas temperaturas, el etanol y el oxíeno en forma de vapor, deban de inresarD Ke
forma simultanea a medida %ue inresa el etanol al precalentador, se suministrará
aire por la parte inferior a un flujo determinado para el flujo de alimentación del etanol, a fin de enerar la reacción. Kel precalentador el vapor de etanol $asarán
y oxíeno
por la parte superior el reactor , donde se dará la reacción y se obtendrá por
la parte inferior el acetaldehído, )e
controlarán cinco temperaturas a lo laro del reactor a través de cinco
termocuplas conectadas al tablero de control, de los cuales, los puntos 5, ?, 4 y G se visualizarán al lado iz%uierdo inferior del panel y el punto 2 al lado derecho superior. #onectar
la salida del reactor al condensador para obtener acetaldehído en lí%uido
por la parte inferior del condensador, el condensado se recepcionará en un matraz de dos bocas con la finalidad de alimentar el producto por una de sus bocas y los ases %ue puedan pasar por la otra boca. #olocar
el matraz contenido por el producto final en un recipiente con hielo para
evitar %ue el acetaldehído se evapore o se desestabilize.
TRATAMIENTO DE DATOS
RESULTADOS ESPERADOS ;
E' flujo de alimentación del etanol es >R5@ ;G l3min
;
El flujo de alimentación del aire es @.G l3min
;
)e produce 4.A> 3min de ácido acético calculado por Este%uiometría
;
)e produce 5.>7 3min de aire calculado por Este%uiometría
;
El reactivo en exceso es el etanol
CONCLUSIONES
)e realizó la practica de S(btención del *cetaldehídoT en el laboratorio de (peraciones +nitarias utilizando como catalizador el molibdeno ferrico soportado en alb=mina de forma cilíndrica y también se uso como inerte a la piedra pomes debido a %ue el reactor catalítico era muy rande y no se consiuió la cantidad necesaria de catalizador .
'as temperaturas alcanzadas fueron de 5>A #, y 58> # respectivamente lo cual no lleo a las temperaturas inicialmente planteadas.
)e hizo el reconocimiento cualitativo del acetaldehído con el reactivo de L(''E-) lo cual emitió resultados positivos por%ue se pudo apreciar el espejo plata en la muestra analizada, pero al hacer el reconociendo con el reactivo de 1E<'I- se obtuvo resultados neativos, es decir no se aprecio el color rojo lacrillo esperado.
)e suministro etanol almacenado en el balón y también aire CoxienoD para %ue estos reaccionen al pasar por el catalizador.
BIBLIOGRAIA •
httpH33PPP.52?.?4A.G>.52@3%o53a8.htmUVLoc4A?GG5A44
•
httpH33PPP.diariooccidente.com.co3displayarticle2A2G.html
*-EW()
.3. Acetaldehído
La mat!"#a $"#ma $a"a la o%t!&c#'& d!l ac!tald!()do d!$!&d!& d! lo $a)!* co& #&lu!&c#a $"#&c#$al d! acto"! !co&'m#co ! (#t'"#co. ,& ,,..* "a& "!taa "a&c#a* toda)a (ata m!d#ado d! lo ao !!&ta* d!!m$!a"o& u& "a& $a$!l lo $"oc!o d! o%t!&c#'& u! $a"t!& d! !t#l!&o* co& !ta&ol como #&t!"m!d#o. ,& 6l!ma&#a !d!"al ! Ital#a* !& cam%#o* ! $"!!")a la (#d"atac#'& d!l ac!t#l!&o $o" !l !l!ado $"!c#o d!l !ta&ol d!%#do a la m!d#da #cal!. La o7#dac#'& d! alca&o C 3/C4 co&t#tu! ot"o $o#%l! acc!o al ac!tald!()do* u! (ata a(o"a 'lo (a ut#l#ado co& u&a !7t!&#'& l#m#tada !& lo ,,.. 9'lo u& 11: d! la $"oducc#'& d! ac!tald!()do $"oc!d)a d! la o7#dac#'& d! m!cla d! $"o$a&o/%uta&o !& 1;<3. Co& la o!"ta d! !t#l!&o m %a"ato* $"oc!d!&t! d! d#oc#ac#'& d! a &atu"al &ata* $o" u&a $a"t!* !l d!a""ollo d! $"oc!o #&dut"#al! d! o7#dac#'& d#"!cta $o" >ack!"-Ho!c(t* d! ot"a $a"t!* lo a&t#uo $"oc!o u!"o& $!"d#!&do #m$o"ta&c#a !& ao uc!#o. 6ctualm!&t!* a?& ! #m$o"ta&t! !l u! $"oc!d! d! alco(ol! ,,..* "a& "!taa "a&c#a@ &o o%ta&t!* u $a"t#c#$ac#'& !& la $"oducc#'& total d! ac!tald!()do (a d!c!&d#do ma"cadam!&t!* ll!a&do a uma" !& 1;
!7clu#am!&t! $o" o7#dac#'& d! !t#l!&o d#"!cta. 9#& !m%a"o* a?& !& 1;ack!"Ho!c(t. F&#cam!&t! la G!%a t#!&! !& u&c#'& u&a #&talac#'& d! 80 000 to&!lada a&ual! $a"a la d!(#d"o!&ac#'& d! !ta&ol. La c#"a co&oc#da d! $"oducc#'& d! ac!tald!()do !& lo $a)! #&dut"#al! m #m$o"ta&t! ! "!?&!& !& la ta%la al ma"!&. 6 $a"t#" d! 1;<4 &o ! $u%l#ca"o& la c#"a d! lo ,tado &#do@ &o o%ta&t!* !& 1;<5 la ca$ac#dad d! $"oducc#'& ac!&d)a a$"o7#madam!&t! a <30 000 to&!lada al ao. 4.3.1. Acetaldehído por oxidación de etileno 4.3.1.1. Fundamentos químicos ,l $"#&c#$#o d! la o7#dac#'& $a"c#al d! !t#l!&o $a"a la o%t!&c#'& d! ac!tald!()do* !7t!&d#da actualm!&t! !& todo !l mu&do* "!ulta d! la o%!"ac#'& (!c(a $o" .C. P(#ll#$* a !& 18;4* d! u! la al! d! $lat#&o* !& "!acc#'& !t!u#omt"#ca* o7#da%a& !l!ct#am!&t! al !t#l!&o* da&do ac!tald!()do co& #mult&!a "!ducc#'& a $lat#&o m!tl#co. P!"o 'lo !l d!cu%"#m#!&to "!al#ado $o" >ack!" d! u& $"oc!o catal)t#co co& auda d! u& #t!ma "!do7 u! d!c##o $a"a !l d!a""ollo d! la t!c&olo)a ad!cuada $o" >ack!" Ho!c(t* u! (a $!"m#t#do u a$l#cac#'& #&dut"#al !& "a& !cala. ,l $"oc!o total d!a""ollado $o" >ack!" Ho!c(t !&t"! 1;5< 1;5;* ! "!$"!!&ta !&c#llam!&t! como u&a o7#dac#'& d#"!cta catal)t#ca !7ot"m#ca $o" H2C = CH2 + 0.502
Pd-Cu-cat.
CH3CHO
H = - 58 kcal /mol 243 KJ
D30E
,l catal#ado" ! u& #t!ma d! do com$o&!&t!* u! co&ta d! PdCI2 CuCI2. ,& !l PdCI 2 "!#d! la $"o$#a u&c#'& catal)t#ca* u! t#!&! lua" $o" la o"mac#'& d! u& com$l!Bo co& !l !t#l!&o u& cam%#o d! l#a&do. Como $ao $a"c#al! m #m$o"ta&t! !& !l m!ca&#mo !t& la o"mac#'& d! u& com$l!Bo π Dcom$l!Bo d! t"a&!"!&c#a d! ca"aE* !l "!o"d!&am#!&to a u& com$l!Bo ' u d#oc#ac#'& a lo $"oducto #&al!
CI
OH
CI
Pd CI H2C
Pd CH2
C2H4OH
CH3CHO + Pdº + 2 CI
+ H
D31E
CI
,l CuCI2 $"oduc! la "!o7#dac#'& d!l $alad#o m!tl#co Dc!"oal!&t!E a u "ado d! al!&c#a do. Ot"o &um!"oo m!d#o d! o7#dac#'& ! $u!d!& ut#l#a" $a"a t"a&o"ma" !l Pdº a Pd 2+ * $!"o 'lo !l co%"! ! !&taBoo !& !l #t!ma "!do7* a u! $o" !l O2 u!l! a $aa" c#lm!&t! d! co%"! mo&oal!&t! a co%"! d#al!&t! $o" o7#dac#'&. La a&t!"#o"m!&t! #&d#cada !cuac#'& lo%al "!um! u& co&Bu&to d! "!acc#o&! d! a"#o $ao* u! o"malm!&t! $u!d! d!loa"! !& la o7#dac#'& "$#da d! la ol!#&a H2C = CH2 + PdCI + H2O
CH3CHO + Pd + 2 HCI
D32E
!& la "!!&!"ac#'& u! d!t!"m#&a la !loc#dad d!l $"oc!o Pd + 2 CuCI2 2 CuCI + 0.502 + 2 HCI
PdCI2 + 2 CuCI
D33E
2 CuCI2 + H2O
D34E
La !loc#dad d! am%a "!acc#o&! $a"c#al! ! $u!d! "!ula" !&t"! la m#ma aButa&do !l co&t!&#do !& HCI* #&do! ac!l!"ada la "!!&!"ac#'& $o" u&a co&c!&t"ac#'& u$!"#o" d! HCI. ,& total* la ca&t#dad! d! al! d! $alad#o &!c!a"#a $a"a la o7#dac#'& !l!ct#a d!l !t#l!&o ! $u!d! "!duc#" a ca&t#dad! catal)t#ca !m$l!a&do u& "a& !7c!o d! CuCI 2 D!" << 6c!tato d! #&#lo a $a"t#" d! !t#l!&o>>* !cc#'& ;.2.1.2E. 4.3.1.2. Realización del proceso La o%t!&c#'& #&dut"#al !& "a& !cala d! ac!tald!()do t#!&! lua" !& u& #t!ma d! do a!* ! d!c#"* a/l)u#do. Lo "!act#o a!oo* !t#l!&o* a#"! o O 2 "!acc#o&a co& la d#oluc#'& clo"()d"#ca acuoa d! lo catal#ado"! !& u& "!acto" d! colum&a d! #&ulac#'& co&t"u#do co& t#ta&#o o "!!t#do d! c!"m#ca. 9! (a& d!a""ollado #mult&!am!&t! do a"#a&t! d! u u&c#o&am#!&to
1. ,l $"oc!o !& u&a !ta$a !& !l u!* !& !l m#mo "!acto"* ! $"oduc! #mult&!am!&t! la "!acc#'& "!!&!"ac#'&. Como o7#da&t! ! !m$l!a O2. 2. ,l $"oc!o !& do !ta$a* !& !l cual "!acc#'& "!!&!"ac#'& ! "!al#a& !& do "!acto"! !$a"ado. ,& !t! cao ! $u!d! ut#l#a" como o7#da&t! a#"!. ,& !l $"oc!o d! u&a !ta$a ! #&ula !l !t#l!&o O 2 a 3 %a" 120130ºC a t"a d! la d#oluc#'& d! catal#ado". ,l !t#l!&o ! t"a&o"ma !& u& 35-45:. ,l calo" d!a""ollado !& la "!acc#'& ! !m$l!a $a"a d!t#la" !l ac!tald!()do* a) tam%#& !l aua d! la d#oluc#'& d!l catal#ado"* u! d! &u!o ! u!l! al "!acto". ! !ta o"ma ! #&t"oduc!& !& !l c#clo u&o 2*5-3*0 m 3 d! H30 $o" to&!lada d! ac!tald!()do. Pa"a !#ta" u& aum!&to d! a #&!"t!* u! co&duc#")a a u&a $"d#da d! !t#l!&o $o" !7$ul#'&* ! $o" lo u! ! &!c!a"#o !l !m$l!o d! O2 $u"o tam%#& !t#l!&o Dd!l ;;*;: !& olum!&E. ,& !l $"oc!o d! do !ta$a ! (ac! "!acc#o&a" !l !t#l!&o co& la d#oluc#'& catal)t#ca a 105-110ºC 10 %a" (ata ca# t"a&o"mac#'& total. "a la !7$a&#'& d!t#lac#'& d! la m!cla ac!tald!()do/aua* la d#oluc#'& catal)t#ca ! $aa al "!acto" d! o7#dac#'& a 100ºC 10 %a" ! "!!&!"a co& a#"! * #&alm!&t!* ! ll!a d! &u!o al "!acto". Co& !to ! $"oduc! u& co&umo d! O2 $"oducto d!l a#"! !m$l!ado u!da a) u& a "!#dual co& u& !l!ado co&t!&#do d! 2 u! ! $u!d! "!cu$!"a" $a"a u !m$l!o como a #&!"t!. "!&t! a la !&taBa d! t"a&o"mac#'& com$l!ta d!l !t#l!&o !m$l!ado d! ut#l#a" a#"!* ! t#!&! !l #&co&!&#!&t! d! #&!"#o&! !l!ada $a"a !l #t!ma d! do%l! "!acto" co& !m$l!o d! alta $"!#o&! t"aaado d! catal#ado". ,& am%o $"oc!o !l ald!()do %"uto acuoo ! co&c!&t"a $u"##ca $o" u&a d!t#lac#'& !& do !ta$a* u! lo l#%!"a& d! u%$"oducto* como act#co* ald!()do c"ot'&#co com$u!to clo"ado. ,& am%o cao la !l!ct##dad! o& $"ct#cam!&t! #ual! al ;4:. ,& 1;<8 !7#t)a& !& todo !l mu&do #&talac#o&! !?& !l $"oc!o >ack!"-Ho!c(t* co& u&a ca$ac#dad d! u&o 2*A m#llo&! d! to&!lada al ao d! ac!tald!()do. 4.3.1.3. Tendencias de mejoramiento La mao" $a"t! D!?& $a)! !&t"! 50-<0:E d!l ac!tald!()do ! d!d#ca a u t"a&o"mac#'& !& act#co a&()d"#do act#co* Po" ta&to* cualu#!" a"#ac#'& !& !l m!"cado d!l act#co d!%! "!l!Ba"! !& la #tuac#'& d!l ac!tald!()do. 9# !& !l utu"o a&a& #m$o"ta&c#a ot"o
$"oc!o m %a"ato $a"a la o%t!&c#'& d! act#co* ! $"oduc#" #&!#ta%l!m!&t! u& "!t"oc!o !& la ca$ac#dad d! o%t!&c#'& d! ac!tald!()do. 6)* la ca"%o&#lac#'& d!l m!ta&ol* !& u& #t!ma !&!"al %aado !& !l a d! )&t!#* $od")a !B!"c!" u&a d! !a $"!#o&! !co&'m#ca D!" !cc#'& 4.4.1.3E. am%#& $u!d!& !" #&t!"!a&t! ot"o $"oc!o u! !& lua" d!l al#oo !t#l!&o !m$l!a& d#"!ctam!&t! !ta&o* como* $o" !B!m$lo* co& la m!cla u&d#da d! CuO-CuCI 2 DLummuE u! lo t"a&o"ma !& ac!tald!()do* # ! $u!d!& "!al#a" #&dut"#alm!&t! !& co&d#c#o&! !co&'m#ca. Ot"o $"oc!o $o#%l!* como la o7#dac#'& !& a! a!oa d!l !t#l!&o o%"! #t!ma catal)t#co (!t!"o&!o* como* $o" !B!m$lo* a %a! d! Pd-G2O5 DCCE o la o7#dac#'& !& a! l)u#da co& catal#ado"! (omo&!o a %a! d! al! d! Pd co& (!t!"o$ol#c#do* como lo oomol)%d#co o a&d#co D99E &o (a& !&co&t"ado (ata a(o"a &#&u&a a$l#cac#'& #&dut"#al. 4.3.2. Acetaldehído a partir de etanol ,l ac!tald!()do ! $u!d! o%t!&!" $o" d!(#d"o!&ac#'& catal)t#ca d! !ta&ol !& o"ma a&loa a la d!l o"mald!()do a $a"t#" d! m!ta&ol C2H5OH
cat.
CH3CHO + H2
H = +20 kcal /mol 84 KJ
D35E
P!"o al co&t"a"#o u! $a"a !l m!ta&ol* &o ! !m$l!a u&a o7#dac#'&. ,& lua" d! !llo* o& co""#!&t! do mod##cac#o&! d! la d!(#d"o!&ac#'& •
•
!(#d"o!&ac#'& o%"! catal#ado"! d! $lata o $"!!"!&t!m!&t! d! co%"!* a) como •
!(#d"o!&ac#'& o7#da&t! o%"! catal#ado"! d! $lata !& $"!!&c#a d! o7)!&o. •
Paso 1:
La d!(#d"o!&ac#'& d! !ta&ol ! "!al#a* $o" !B!m$lo* !& ,,..* $"!dom#&a&t!m!&t! o%"! catal#ado"! d! Cu* u! !t& act#ado co& M&* Co o C". & $"oc!o* ut#l#ado muc(a !c!* $"oc!d! d! la Ca"%#d! a&d Ca"%o& Co"$. La t!m$!"atu"a ! ma&t#!&! a 2<0-300ºC* d! o"ma u! la co&!"#'& d!l !ta&ol
u!d! l#m#tada al 30-50:. Co& !llo ! co&#u! u&a !l!ct##dad !& ac!tald!()do d!l ;0:. Como u%$"oducto ! o%t#!&!& ac!tato d! !t#lo* alco(ol! u$!"#o"! !t#l!&o. ,l (#d"'!&o u! ! $"oduc! #mult&!am!&t! ! $u!d! ut#l#a" d#"!ctam!&t! $a"a (#d"o!&ac#o&! a caua d! u $u"!a. Paso 2:
9# ! "!al#a la d!(#d"o!&ac#'& d!l !ta&ol !& $"!!&c#a d! a#"! o 02 D$o" !B!m$lo* !?& !l $"oc!o G!%aE* la com%ut#'& #mult&!a d!l (#d"'!&o o"mado $"o$o"c#o&a !l calo" &!c!a"#o $a"a la d!(#d"o!&ac#'& Do7#d!(#d"o!&ac#'& o d!(#d"o!&ac#'& autot"m#caE C2H5OH + 0.502
cat.
CH3CHO + H2O
H = - 43 kcal /mol 180 KJ
D3AE
,& lo $"oc!o #&dut"#al! ! $"!#!"!& $a"a la o7#dod!(#d"o!&ac#'& catal#ado"! d! $lata !& o"ma d! "!d! m!tl#ca o "!ll!&o c"#tal#&o. Lo a$o"! d! !ta&ol m!clado co& a#"! ! d#"#!& o%"! !l catal#ado" a 3 %a" a 450-550ºC. ! acu!"do co& la ca&t#dad d! a#"! ! !ta%l!c! u&a t!m$!"atu"a a la cual !l calo" d! o7#dac#'& com$"!a !l calo" &!c!a"#o $a"a la d!(#d"o!&ac#'&. 9!?& la t!m$!"atu"a d! "!acc#'& "!ulta u&a co&!"#'& d!l !ta&ol d!l 30-50:* $o" $ao* co& u&a !l!ct##dad d! u& 85-;<:. Como u%$"oducto ! o%t#!&!& act#co* '"m#co* ac!tato d! !t#lo* CO CO 2. ,& am%a mod##cac#o&! d!l $"oc!o ! !$a"a !l ac!tald!()do d!l alco(ol #& t"a&o"ma" u%$"oducto* ! $u"##ca $o" d#!"!&t! laado d!t#lac#o&!. ,l !ta&ol "!cu$!"ado ! !m$l!a d! &u!o !& la "!acc#'&. httpH3352?.?4A.G>.52@3%o53a8.htmUVLoc4A?GG5A44 Y qué es el etanol? Es un alcohol de alto octanaje producido por la fermentación del azúcar extraída de la caña. Es un compuesto orgánico líquido diferente a los hidrocarburos. Se usa como un ingrediente para mezclar con la gasolina así generar un combustible de alto octanaje en los automotores.
!os motores de los "ehículos tendrán una combustión limpia minimizando la emisión de gases al ambiente contribuendo de esta forma a que el planeta no siga con sus extraños cambios atmosf#ricos como lo hemos "isto últimamente.
httpH33PPP.diariooccidente.com.co3displayarticle2A2G.html
•
Obtencin in!"#t$i%& !e %cet%&!e'!)
'a obtención industrial en ran escala de acetaldehído tiene luar en un sistema de dos fases, es decir, as3lí%uido. 'os reactivos aseosos, etileno, aire o ( ? reacciona con la disolución clorhídrica acuosa de los catalizadores en un reactor de columna de insuflación construido con titanio o revestido de cerámica. )e han desarrollado simultáneamente dos variantes de su funcionamientoH 5. El proceso en una etapa en el %ue, en el mismo reactor, se produce simultáneamente la reacción y reeneración. #omo oxidante se emplea ( ?. ?. El proceso en dos etapas, en el cual reacción y reeneración se realizan en dos reactores separados. En este caso se puede utilizar como oxidante aire. En el proceso de una etapa se insufla el etileno y ( ? a 2 bars y 5?@;52@# a través de la disolución de catalizador. El etileno se transforma en un 2G;4G6. El calor desarrollado en la reacción se emplea para destilar el acetaldehído, así también el aua de la disolución del catalizador, %ue de nuevo se vuelve al reactor. Ke esta forma se introducen en el ciclo unos ?,G;2,@ m 2 de <2@ por tonelada de acetaldehído. $ara evitar un aumento de as inerte, %ue conduciría a una pérdida de etileno por expulsión, es por lo %ue es necesario el empleo de ( ? puro y también etileno Cdel 77,76 en volumenD. En el proceso de dos etapas se hace reaccionar el etileno con la disolución catalítica a 5@G; 55@# y 5@ bars hasta casi transformación total. Lras la expansión y destilación de la mezcla acetaldehído3aua, la disolución catalítica se pasa al reactor de oxidación y a 5@@# y 5@ bars se reenera con aire y, finalmente, se lleva de nuevo al reactor. #on esto se produce un consumo de ( ? producto del aire empleado y %ueda así un as residual con un elevado contenido de - ? %ue se puede recuperar para su empleo como as inerte. 1rente a las ventajas de transformación completa del etileno empleado y de utilizar aire, se tiene el inconveniente de inversiones elevadas para el sistema de doble reactor con empleo de altas presiones y trasvasado de catalizador. En ambos procesos el aldehído bruto acuoso se concentra y purifica por una destilación en dos etapas, %ue lo liberan de subproductos, como acético, aldehído crotónico y compuestos clorados. En ambos casos las selectividades son prácticamente iuales al 746. En 578A existían en todo el mundo instalaciones se=n el proceso 9ac:er; millones de toneladas al a0o de acetaldehído.
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Ten!enci%# !e *e+)$%*ient)
'a mayor parte Cse=n países entre G@;8@6D del acetaldehído se dedica a su transformación en acético y anhídrido acético, $or tanto, cual%uier variación en el mercado del acético debe reflejarse en la situación del acetaldehído. )i en el futuro anan importancia otros procesos más baratos para la obtención de acético, se producirá inevitablemente un retroceso en la capacidad de obtención de acetaldehído. *sí, la carbonilación del metanol, en un sistema eneral basado en el as de síntesis, podría ejercer una de esas presiones económicas Cver sección 4.4.5.2D. Lambién pueden ser interesantes otros procesos %ue en luar del valioso etileno emplean directamente etano, como, por ejemplo, con la mezcla fundida de #u(;#u#I ? C'ummusD %ue lo transforma en acetaldehído, si se pueden realizar industrialmente y en condiciones económicas. (tros procesos posibles, como la oxidación en fase aseosa del etileno sobre sistemas catalíticos heteroéneos, como, por ejemplo, a base de $d;F ?(G C+##D o la oxidación en fase lí%uida con catalizadores homoéneos a base de sales de $d con heteropoliácidos, como los fosfomolíbdicos o vanádicos C+!))D no han encontrado hasta ahora ninuna aplicación industrial.
