[ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO] ETILENO ]
6 de enero de 2018
ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO PROCESO WACKER
Laura Carvajal 22.287.385 Procesos catalíticos. Escuela de Ingeniería Química. Universidad Central de Venezuela.
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Resumen El acetaldehído es usado primordialmente como producto intermedio en la producción de otros productos químicos orgánicos, medicamentos y plásticos, como por ejemplo, el ácido acético, el anhídrido acético, el n-butanol, el cloral, la piridina, el ácido láctico, entre otros. Es por ello que se genera la necesidad de conocer y analizar el proceso de producción industrial de dicho compuesto (Proceso Wacker), y la utilidad del sistema catalítico que envuelve. Se busca observar también el mecanismo y funcionamiento de la catálisis homogénea así como investigar otras opciones a dicha catálisis. Wacker utiliza un catalizador de PdCl 2 y CuCl2 en una solución acuosa de HCl, oxidando así de forma directa el etileno en acetaldehído. Se concluye que si bien existe un gran interés en la industria por desarrollar una catálisis heterogénea para la obtención de acetaldehído, el proceso Wacker sigue siendo más eficiente a gran escala. Palabras clave: Wacker, oxidación, acetaldehído, etileno, oxigeno.
Abstract Acetaldehyde is used primarily as an intermediate product in the production of other organic chemicals, medicines and plastics, such as acetic acid, acetic anhydride, n-butanol, 2-
[ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO] influenciada por factores económicos e históricos. En EEUU, Gran Bretaña y Francia a mediados de los años sesenta desempeñaban un gran papel los procesos de obtención de acetaldehído que partían del etileno, con etanol como intermedio. En Alemania e Italia en cambio se prefería la hidratación del acetileno por el elevado precio del etanol. La oxidación de alcanos C3, C4 constituyó una alternativa para la obtención de acetaldehído, que se utilizó con una extensión limitada en EEUU. Con la oferta de etileno más barata, procedente de la disociación de gas natural y nafta, por una parte, y el desarrollo de procesos industriales de oxidación directa por Wacker-Hoechst por otra parte, los antiguos procesos fueron perdiendo presencia a lo largo de los años, sobre todo en EEUU y Japón. La producción de acetaldehído a partir de olefinas fue descubierta a finales de los
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seleccionaron aquellos documentos que informasen sobre todos los aspectos que se buscan abarcar en la presente revisión, tanto definiciones básicas para una mejor comprensión y manejo del tema así como los más detallados puntos a desarrollar. Se realizó también una búsqueda de artículos científicos relacionados con el proceso Wacker en el portal Science Direct, se eligieron así dos artículos que se relacionaran con el tema y de esta manera observar de forma más práctica el proceso.
Desarrollo y discusión: El acetaldehído es un compuesto orgánico líquido, volátil, incoloro y con un olor característico ligeramente afrutado, es un importante producto intermedio para la obtención de una gran variedad de productos orgánicos básicos, se pueden mencionar el acético, acetato de etilo, nbutanol, cloral, piridinas entre muchos más
[ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO] Solubilidad en agua Presión de vapor (20°C) Densidad relativa de vapor (aire=1) Pto. De Inflamación Temperatura de autoignición Límites de explosividad (% en vol. de aire)
Miscible 101 kPa 1.5 -38°C 185°C 4 - 60
Tabla N° 1 Propiedades físicas del acetaldehído
A nivel industrial el etanal tiene diversas aplicaciones, las cuales son:
Es producto de partida en la síntesis de plásticos, pinturas y lacas. Conservante de carnes u otros productos alimenticios. Endurecimiento de fibras de gelatina. Desnaturalizante de alcoholes Aroma sintético. Un trímero del acetaldehído
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platino, en reacción estequiométrica, oxidaban selectivamente al etileno, dando acetaldehído con una reducción simultánea a platino metálico. Pero sólo el descubrimiento realizado por Wacker de un proceso catalítico con ayuda de un sistema rédox fue decisivo para el desarrollo de la tecnología adecuada por Wacker Hoechst, que permitió su aplicación industrial en gran escala. Actualmente el 85% de la producción mundial de acetaldehído se realiza mediante el proceso Wacker-Hoechst. El proceso total desarrollado por Wacker y Hoechst entre 1957 y 1959, se representa sencillamente como una oxidación directa catalítica y exotérmica por: = +
1 2
[−− ]
∆ = 243 El catalizador es un sistema de dos componentes que consta de PdCI y CuCI
[ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO] Otros numerosos medios de oxidación se pueden utilizar para transformar el Pdº a Pd2+, pero sólo el cobre es ventajoso en el sistema rédox, ya que por el O2 vuelve a pasar fácilmente de cobre monovalente a cobre divalente por oxidación. La ecuación global anterior resume un conjunto de reacciones de varios pasos, que formalmente puede desglosarse en la oxidación rápida de la olefina: = + + → + + 2 Y en la regeneración que determina la velocidad del proceso: + 2 ↔ + 2 2 +
1 2
+ 2 → 2 +
La velocidad de ambas reacciones parciales se puede regular entre las mismas ajustando el contenido en HCI, viéndose
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presenta, como la baja solubilidad de los gases en la solución, lo cual limita el alcance de la reacción, la alta corrosividad del HCl en presencia de oxígeno, además de la obtención de sub-productos clorados indeseados. A raíz de estas problemáticas se ha ido estudiando la manera de hacer esta reacción catalítica de tipo heterogénea. Cabe destacar que dichos estudios han obtenido resultados favorables con respecto a los sistemas catalíticos heterogéneos de PdCl2, sin embargo es necesario seguir las investigaciones para poder llevarlo a escala industrial.
Proceso de producción El proceso para la obtención de acetaldehído a partir de etileno y oxígeno consiste básicamente en un reactor catalítico bifásico, una columna de absorción y dos columnas de destilación. El etileno gas y oxigeno (de alta pureza
[ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO] en discontinuo solución de catalizador. La segunda corriente es conducida a un regenerador, donde es calentada con vapor a 170 °C para descomponer el oxalato de cobre y otros compuestos orgánicos, formados en la reacción y no deseados, y retornar al reactor. De este modo se evita perder actividad del catalizador. La corriente gas que sale del separador, que contiene el producto, acetaldehído, etileno y oxígeno, se pasa por un intercambiador para ser enfriada antes de entrar a la columna de absorción, donde es lavada con agua para condensar el acetaldehído y otros compuestos condensables. Los gases no condensables que consisten en etileno que no ha reaccionado, oxigeno e inertes salen por cabeza de la columna de absorción. Una parte de la corriente es purgada y la restante es recirculada al reactor. La
corriente
liquida
que
sale
del
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conveniente un tratamiento previo al tratamiento biológico. Una parte del corriente que sale por colas corresponde a la purga y está pensado para evitar la acumulación de sustancias como el acético en el circuito de agua. El mayor componente en peso de la purga es agua y seguidamente acético, por lo que será tratado biológicamente. La otra parte restante es recirculada, para aprovechar el agua, a la torre de absorción, y a la primera columna de destilación. Si bien el proceso Wacker es el más común y el más utilizado en la actualidad a la hora de producir acetaldehído, también existen otras tecnologías o procesos que se han desarrollado para tal fin, entre los cuales se presentan los siguientes:
Acetaldehído a partir de la deshidrogenación de etanol Consta de una deshidrogenación catalítica
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[ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DE ETILENO] Conclusiones: Se determinó que el proceso Wacker fue y sigue siendo la alternativa número uno a escala industrial en producción de acetaldehído. Si bien tiene desventajas, todavía no se ha desarrollado un proceso que iguale la eficiencia. Si bien el mecanismo de reacción de dicho proceso es bien conocido, todavía en la actualidad se generan dudas y sigue bajo investigación. Las investigaciones enfocadas a pasar de una catálisis homogénea a una heterogénea han arrojado resultados favorecedores y optimistas, sin embargo todavía no existe una tecnología completamente desarrollada.
Referencias Weissermel, K. y Arpe, H.J. (1978). Química orgánica industrial. Recuperado : https://books.google.co.ve/books?id=UxA
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Barthos, Robert. Wacker oxidation of ethylene over vanadia nanotube supported Pd catalyst. Materials Research Bulletin. Vol. 47, pp. 4452-4456[2012]. Budapest, Hungría. Doi: https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2012.09 .052
EcuRed (2012-2018). Etanal. Recuperado de:https://www.ecured.cu/Etanal. Compuestos orgánicos (2012). Uso de los compuestos orgánicos – Acetaldehído. Recuperado de: http://compuestosorganicos203.blogspot. com/2012/06/acetaldehido.htm
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