INTEGRANTES:
Condori Sanchez Blanca Luz Rojas Sequeiros Jeydi Quispe Ayqui Jimmy Diego Eduardo Hidrogenación de Aceites
Conocer los parámetros que gobiernan la reacción química de hidrogenación de aceites
Descubrir los aspectos cinéticos de la reacción de hidrogenación, así como su grado de conversión Obtener un profundo conocimiento sobre las reacciones de hidrogenación.
Densidad: aumenta con el aumento de la insaturación y con la disminución del peso molecular de los ácidos grasos. Viscosidad: decrece con el aumento de la insaturación y la disminución del peso molecular de los glicéridos componentes. Por lo tanto la hidrogenación de un aceite aumenta su viscosidad por aumento de la saturación de los restos ácidos. Punto de fusión: aumenta con la longitud de la cadena ácida y disminuye con el aumento de insaturación de la misma. Índice de refracción: la relación que existe entre esta propiedad óptica y la estructura y composición de los glicéridos, puede resumirse en los siguientes puntos: o El índice de refracción de las grasas aumenta con la longitud de la cadena ácida y con el número de dobles enlaces. o Los glicéridos simples poseen índices de refracción notablemente más altos que los de los ácidos grasos correspondientes. Los monoglicéridos tienen índices de refracción notablemente superiores a los de los triglicéridos simples. o Los índices de refracción de los glicéridos mixtos están muy cerca de los correspondientes a la mezcla de los glicéridos simples que entran en su composición. El grado de insaturación, que es característico de una grasa o aceite, se determina por la cantidad de halógeno que se le puede adicionar. Para que pueda ocurrir la adición de una molécula de H2 a un doble enlace carbono-carbono, debe romperse un enlace de éste último y un enlace en la molécula de H2, para lo cual es necesario una energía de activación muy grande. Por consiguiente , la velocidad de reacción será muy lenta, len ta, y es posible
inferir que sin la presencia de un catalizador capaz de bajar esta energía de activación, la reacción no será posible realizarla en condiciones ventajosas desde el punto de vista comercial. El hecho de que los catalizadores que se usan normalmente sean sólidos hace que se trate de un proceso catalítico heterogéneo, en presencia de tres fases: gaseosa (hidrógeno), líquida (aceite) y sólida (catalizador). Por lo tanto la velocidad de reacción observada dependerá no solamente de la velocidad de las etapas químicas, sino también, en general, de las físicas tales como difusión y adsorción de reactivos y productos. A continuación se analizan algunos detalles importantes de la hidrogenación de aceites. • a pesar de la complejidad del sistema reaccionante, que incluye etapas físicas y químicas, se ha llegado a establecer que la cinética puede expresarse por el decrecimiento del índice de yodo ( I ) según una expresión de primer orden: dI/dt = - k’.I
(1)
donde k’es una pseudoconstante cinética, puesto que no sólo depende de
la temperatura, sino que también es función de la presión (según la ley de Henry) y de la concentración del catalizador. • la hidrogenación es una reacción exotérmica. Se ha determinado que el calor de la reacción para la mayoría de los aceites vegetales es de unas 25 kcal/gmol H2, valor que no difiere mucho del correspondiente a otros hidrocarburos alifáticos no saturados. • un esquema muy simplificado de la hidrogenación de un aceite vegetal es el siguiente: k1
k2
k3
[linolénico] ------[linoleico] --------- [oleico] ------ [esteárico] : La hidrogenación catalítica, como otras reacciones químicas, se acelera al aumentar la temperatura. Sin embargo, las energías de activación observadas son más bien bajas. El aumento de temperatura influye desfavorablemente en el equilibrio, por lo que normalmente existe un rango óptimo de temperaturas de operación. La selectividad de hidrogenación mejora al aumentar la temperatura. • Se ha encontrado una proporcionalidad aproximada entre la velocidad de reacción y la presión absoluta de hidrógeno. Esto se debe fundamentalmente al aumento de la solubilidad del hidrógeno, que sigue la ley de Henry. A pesar de que el equilibrio de hidrogenación se ve favorecido por un aumento de la presión, este aumento, por arriba de 10 atm, disminuye la selectividad e inhibe la isomerización. La agitación tiene como objetivo favorecer la • dispersión y disolución del hidrógeno en la fase líquida, mantener el catalizador sólido en suspensión homogénea, y mejorar el coeficiente de transferencia de calor, evitando además la presencia de puntos de recalentamiento. El aumento de la agitación aumenta la velocidad de reacción hasta un cierto punto en el que la resistencia a la transferencia de masa gas/líquido deja de ser un factor importante. La velocidad de reacción • generalmente aumenta con la concentración de catalizador hasta un cierto •
valor, en el cual ya no depende de la cantidad de catalizador presente debido a que la etapa física de transferencia de masa gas/líquido es la resistencia que controla la velocidad del proceso. • Los catalizadores para hidrogenación de aceites vegetales están basados en el níquel metálico como elemento activo. El catalizador a utilizar en el trabajo práctico es un catalizador comercial para producción de margarina, consistente en pequeñas partículas de níquel poroso (posiblemente con agregado de otros elementos metálicos promotores de actividad y selectividad) dispersas en un hidrogenado sólido de aceite (pastillas o perlas), para facilitar su manejo, dosificación, y disminuír el riesgo de autoignición (el Ni finamente dividido es pirofórico expuesto al aire). Las partículas del metal pueden ser obtenidas por descomposición térmica de una sal de níquel (por ejemplo, formiato de níquel) en ambiente reductor, o por ataque alcalino de una aleación Al-Ni (níquel Raney). El catalizador pierde actividad normalmente durante su uso, debido a distintos compuestos envenenantes (compuestos de azufre, jabones, fosfátidos, etc.) presentes en el hidrógeno o aceite. Es práctica corriente en la hidrogenación industrial desechar una parte del catalizador usado y cambiarlo por fresco (sin uso), hasta llegar a una mezcla catalítica de “equilibrio”.
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Un reactor neumático Probetas Balanza Matraz y junta
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5 gramos de Granallas de zinc 25ml Ácido clorhídrico al 30% 300ml de aceite comestible
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Pesar de 5 gramos de granalla de zinc en una balanza Medir en un probeta graduada 25 ml de acido clorhídrico al 30% Instalar el equipo el reactor neumático con sus entradas de alimentación de reactivos correctamente habilitadas y respectivamente limpiadas Cargar la materia prima al reactor midiendo su densidad para después del proceso quimico realizar un adecuado balance materia y energía y aplicando ecuaciones de diseño Instalar el reactor neumático son su alimentación del matraz , paso siguiente verter el HCl , luego las granallas de zinc de manera muy rápida para evitar la perdida de hidrogeno, tomar tiempo de reacción para efectuar los cálculos correspondientes. Reconocer los posibles riesgos de seguridad que con lleva la experimentacion con hidrogeno gasesoso asi como sus implicancias en la salud . Luego de transcurrido un tiempo efectuar la descarga del producto final del batch, observando sus propiedades reologicas y
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organolépticas , y haciendo una comparación con la materia prima al inicio del proceso Terminar el proceso con una adecuada limpieza del reactor y los demás equipos utilizados en la experiencia.
HCl al 30 % : 25ml (al inicio se le echo 15 ml después de 5 minutos se echo los 10 restantes) Al final quedo Zn Cl2 : 22ml Granallas de zinc inicial : 5.12g Granallas de zinc final: 2.15 g
Calculo de la cantidad de Hidrogeno producido.
Zn(s) + 2HCl
ZnCl2 + H2
→
5.12 25 5.12
1 68.39
25
7.5
1 1000
30 100
= 0.0782
= 7.5
1 1 = 1.67410− 22.4 2
1.67410−
2 1
1000 = 0.3348
Temp del aceite inicial : 140°C Temp del aceite final : 33°C Peso del vaso precipitado: 266g
Peso del aceite + el vaso : 528.80 g Aceite de cocina : 300 ml Aceite de cocina hidrogenada : 291 ml
=
() ()
=
=
() ()
0.9229 =
300 = 276.87
0.9229
291 = 268
ℎ ∶ 0.3348
5.12 G Zn
291 ml saturado
ZnCl2
aceite
g H2 25ml HCL -30%
300 ml aceite
Según el balance de masa hay una pérdida de Aceite en la salida del reactor entonces esta puede haber sido causa de que no todo el pr oducto salió del reactor, o también se llego a evaporizar una pequeña parte debido a que se trabajo con altas temperaturas
TIEMPO DEL PROCESO : 36.13 min---- 2173 seg Presión donde estaba las granallas y el acido clorhídrico : 1.5 atm Temperatura donde estaba las granallas y el acido inicial: ambiental Tempertura donde estaba el aceite linicio: 140 R:8.314 j/mol EA: 26600
→
= 2 → =
−∆
=
−∆
=
=
=
= =
= 9.0610−
=
−
=
− . ( )() 7.0810
−
=
−
−
=
(1 ) =
=
(1 ) =
=
(1 ) =
+
1
1 3
=
(2173)9.0610
1 (2173)9.0610
3
= 0.95 ≅ 95%
dentro del reactor, debido a que la temperatura es 140°C es por el cual la velocidad de reaccion aumenta Los parámetros que gobiernan la reacción química de la hidrogenación de aceite son la presión , temperatura, concentración del catalizador. •
Se llego a obtener la constante cinetica de 9.0610 − siendo una reacción de primer orden. Y que su grado de conversión fue de un 95%
•
Asi mismo, se demostró que la conversión aumenta con la temperatura dentro del reactor, la velocidad de reacción aumenta con la concentración de catalizador hasta un cierto valor, en el cual ya no depende de la cantidad de catalizador presente y que la presión ayuda al equilibrio de hidrogenación ya que se ve favorecido por un aumento de la presión.
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HIDROGENACIÓN DE ACEITES VEGETALES (web) http://grasasyaceites.revistas.csic.es/index.php/grasasyaceites/articl e/viewFile/310/313
