PETROQUIMICA
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Procesos de Hidrogenació n, Hidratación y Deshidrataci ón
Proceso de Hidrogenación Se considera al químico francés Paul Sabatier el padre del proceso de hidrogenación. En 1897 descubrió que la presencia de trazas de níquel facilitaba la adición de hidrógeno a moléculas de compuestos orgánicos gaseosos. Wilhelm Normann
patentó en Alemania en 1902 y en Gran Bretaña en 1903 la hidrogenación de aceites líquidos mediante hidrógeno gaseoso, lo que fue el comienzo de lo que ahora es una gran industria en todo el mundo. La hidrogenación consiste en la adición química de hidrógeno a un hidrocarburo en presencia de un catalizador, una forma
estricta
de
tratamiento
por
hidrógeno La hidrogenación puede ser destructiva o no destructiva. En el primer caso, las cadenas de hidrocarburo se rompen (desagrupan) y se añade hidrógeno en los puntos de ruptura. En el segundo, se añade hidrógeno a una molécula no saturada en relación al hidrógeno. En ambos casos, las moléculas resultantes son extremadamente estables. También podemos definir la hidrogenación como la reacción química de hidrógeno con otra sustancia, generalmente un compuesto orgánico no saturado, y usualmente bajo la influencia de temperatura, presión, y catalizadores. Los objetivos habituales de esta reacción son compuestos orgánicos insaturados, como alquenos, alquinos, cetonas,nitrilos, y aminas.
Proceso
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Presenta tres componentes: el sustrato insaturado, la fuente de hidrógeno y un catalizador metálico. La reacción se lleva a cabo a diferentes temperaturas y presiones dependiendo del sustrato y la actividad del catalizado. Las reacciones de hidrogenación incluyen:
Adición de hidrógeno a moléculas reactivas. Incorporación de hidrógeno acompañado por ruptura de las moléculas
iniciales (hidrogenolisis). Las reacciones en las cuales resultan la isomerización, la cyclización, etc. Otras reacciones que involucran hidrógeno molecular y catalizadores son la aminación reductora (hidroammonolisis) y la hidroformilación (reacción oxo).
Tanto la hidrogenación como la hidrogenolisis necesitan catalizadores metálicos, puesto que sin su presencia el H2 no conseguiría reaccionar con ningún compuesto orgánico a velocidades apreciables. La hidrogenolisis es la separación del enlace C-X (X = O, S, N) mediante H2 para dar dos enlaces C-H y H-X. La cantidad de calor desprendida al hidrogenar un mol de un compuesto se llama calor de hidrogenación; es simplemente el H de la reacción, pero no se incluye el signo menos. El calor de hidrogenación de casi todo alqueno se aproxima bastante a un valor de 30 kcal por cada doble enlace del compuesto. Diseño y Control del Hidrogenador El uso de hidrógeno exige tomar precauciones frente a la creación de una explosiva mezcla de hidrógeno y aire. Normalmente, el tanque de hidrogenación se somete a una prueba de presión seguida de varias purgas de nitrógeno antes de introducir hidrógeno. Asimismo, al final del proceso de reacción, el tanque se purga con nitrógeno para dejarlo en condiciones seguras. Habitualmente, un sistema de seguridad por hardware confirma las fases de la prueba de presión y la purga de nitrógeno antes de permitir que se abra la línea de hidrógeno.
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La hidrogenación exige mantener altas presiones en el tanque de reacción, lo que produce problemas en el mantenimiento de las juntas en torno a los agitadores, que en algunos casos exigen comprobaciones adicionales de la integridad o actualizaciones para incorporar sistemas de acoplamiento magnético. Además, la hidrogenación suele crear una reacción altamente exotérmica, que ocasiona exigentes requisitos de control de temperatura. Los entornos de I+D y pruebas clínicas en los que actúan muchos tanques de hidrogenación de bajo volumen exigen que estas instalaciones permitan el uso de una variedad de productos, cada uno con perfiles estrictamente definidos tanto para la propia adición de hidrógeno como para el perfil térmico relacionado. Por lo tanto, el sistema de control debe aportar flexibilidad en la forma de conseguir el control preciso y repetido del entorno de hidrogenación e incluir las funciones siguientes:
Control secuencial para pruebas de presión, purga y adición de hidrógeno a
vasijas. Preciso control de lazo para presión y temperatura (en caso necesario, el T800 también ofrece programación de perfiles de puntos de consigna de
temperatura). Recogida segura de datos on-line del proceso de hidrogenación para
analizarlos. Pantalla local de operario con gráficos nítidos y acceso controlado a parámetros.
Tipos de Hidrogenación
Hidrogenación heterogénea (dos fases). Hidrogenación homogénea (una fase).
En ambos casos, el catalizador provoca la adición de hidrógeno molecular, H, al doble enlace.
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Hidrogenación heterogénea Es el método clásico, todavía muy utilizado. El catalizador es algún metal dividido finamente, por lo común platino, paladio o níquel. Se agita una solución del alqueno bajo una ligera presión de hidrógeno gas en presencia de una pequeña cantidad del catalizador. La reacción es rápida y suave y, una vez completa, simplemente se filtra la solución del producto saturado del catalizador insoluble. Hidrogenación homogénea Mucho más moderna, ofrece una flexibilidad imposible de alcanzar con los catalizadores antiguos. Mediante modificaciones en los catalizadores, puede llevarse a cabo la hidrogenación con una selectividad sin precedente. Los catalizadores son complejos orgánicos de metales de transición, como rodio o iridio: por ejemplo, el catalizador de Wilkinson.Son solubles en disolventes orgánicos y la hidrogenación se efectúa así en una sola fase, la solución. Lo inconveniente del método está en la dificultad de separación del catalizador y el producto una vez terminada la reacción. Proceso de Hidratación Una reacción de hidratación es una reacción química en la que se produce la incorporación de agua a un compuesto. El término hidratación suele usarse para referirse a las reacciones de hidratación. Este tipo de reacción consiste en la adición de una o más moléculas de agua a un determinado compuesto. Si la hidratación se produce en un mineral se le denomina hidratación mineral.
Química inorgánica Es una reacción química inorgánica donde el agua se añade a la estructura cristalina de un mineral, creando generalmente un nuevo mineral, llamado también el hidrato.
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En términos geológicos, el proceso de hidratación mineral es conocido como alteración retrohogada y es el proceso que ocurre en el metamorfismo retrógrado. Es común de ver acompañado de metasomatismo y suele ocurrir en las paredes de roca natural expuestas a la intemperie. La hidratación de los minerales puede deberse también a circulación hidrotermal que puede venir dada por la tectónica o por la actividad ígnea. La hidratación mineral es también el proceso en el que el regolito procedente de minerales de silicatos acaba convirtiéndose en arcilla. Existen dos formas por las cuales el mineral se hidrata: Una es la conversión de un óxido a doble hidróxido, por ejemplo en el caso de la hidratación del óxido de calcio - CaO - a Hidróxido de calcio - Ca(OH)2, el otro es con la incorporación de las moléculas de agua directamente en la estructura cristalina de un nuevo mineral, así como la hidratación del feldepsato a mineral de arcilla, granate en Clorita o la kyanita a moscovita. Algunas estructuras minerales, como por ejemplo la montmorillonita, son capaces de incluir una cantidad variable de agua sin cambiar significativamente su estructura cristalina. Hidratación es también el mecanismo por el cual el cemento Portland desarrolla su resistencia.1 Química orgánica Para el caso específico de la química orgánica es, en concreto, una adición de agua o sus elementos H y OH a una especie química orgánica. Por ejemplo, para esta disciplina de la química, es una reacción de hidratación el proceso global de adición de H2O al doble enlace de un alqueno: R−CH=CH−R + H2O → R−CH2−CHOH−R Usos industriales Uno de los métodos de producción de etanol es la hidratación de etileno. Proceso de Deshidratación
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En química, una reacción de deshidratación es aquella que implica la pérdida de agua. En síntesis orgánica, donde a menudo se usa un ácido como catalizador, existen numerosos ejemplos de reacciones de deshidratación: Conversión de alcoholes a éteres:₥ 2 R-OH → R-O-R + H2O Conversión de alcoholes a alquenos: R-CH2-CHOH-R → R-CH=CH-R + H2O Conversión de ácidos carbóxílicos a anhídridos de ácido (o anhídridos carboxílicos): 2 RCO2H → (RCO)2O + H2O Conversión de amidas a nitrilos: RCONH2 → R-CN + H2O
