Industrias II
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Hidrogenaci\u00f3n
HIDROGENACI\u00d3N
Es toda reacci\u00f3n en la que a un componente se la adiciona hidrogeno. Es un reducci\u00f3n en la cual se adiciona hidrogeno en presencia de un catalizador.
USOS
Y
APLICACIONES
\u2013
PRODUCTOS
CARACTERISTICOS
PRINCIPALES
Endurecimiento de aceites vegetales y animales (soja, algod etc.) en grasas [bajo % saturaci\u00f3n](margarinas, jab\u00f3n, texturado ung\u00fcentos, etc.)
\ u e 0 0 0
Reducci\u00f3n a alcoholes de \u00e1cidos grasos y su \u00e1cido sulf\u00farico obteniendo tenso activos como lauril sulfato de
\ u e 0 0 0
CH3-(CH2)10-CH2-C-SO2- Na+ Producci\u00f3n de alcoholes (metanol y superiores) y Fischer \u2013 Tropsch)
\ u e 0 0 0
\ u e 0 0 0
Otras hidrogenaciones: Glucosa a sorbital COH \ue002
(CHOH)4
H2
\ue002
COH Obtenci\u00f3n de aminas C\u2261N Agua oxigenada H2O2
CH2OH
\ue002
(CHOH)4
\ue002
CH2OH
H2\ue002\ue002\ue002
CH2-N
1) AGENTES \u2013 PROPIED ADES \u2013 CARACTERISTICAS PARTICULARE Producci\u00f3n de hidrogeno
1) Gas de agua y vapor de agua C
+
O2 + H2O aire vapor CO
+
H 2O
CO + 41%
H2 + 50%
CO2 + H2 40/20% 60/80%
CO2+
\u2026
450-500 \u00baC catal\u00edtico
2) A partir de hidrocarburos Reforming del metano CH4 + H2O
CO2 + 3 H21000\u00baC catal\u00edtico endot\u00e9rmico
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Hidrogenaci\u00f3n
Del cracking de hidrocarburos pesados a hidrocarburos livianos (alif\u0 olefinicos mas hidrogeno) 3) Por electrolisis De agua: H2O
electrolisis
H2 + \u00bd O2
De cloro-soda: 2 ClNa + H2electrolisis O
Cl2 + 2 NaOH + H2
Forma cara de obtener hidr\u00f3geno (solo para peque\u00f1as cantidad especial) 4) Deshidrogenaciones - Alif\u00e1ticos- Olefinicos - Etano - C2H5OH Alcohol etilico
- Etileno + H2 ( CH3-CH3 CH2=CH2 + H2) C2H5O + \ u 0 0 b d H2 Acetaldehido
5) Otros Por reacci\u00f3n de Fe con vaporVapor de H2O: Fe33 O4Fe ++ 4H 4 2H2O Propiedades del hidrogeno
1) Gas mas ligero (problema) se difunde y filtra por donde otros no. 2) Gran difusi\u00f3n sobre todo por el uso de presiones elevadas 3) Extremadamente peligroso por su explosividad 4,15 % < Exp. En aire < 25 % 4) Transporte en equipos especiales a gran presi\u00f3n > 200 atm. 5) Sistemas de purgas y venteos a sectores seguros.
6) Requiere uso de aceros aleados para los equipos de hidrogenaci\u00f3n tip aceros al carbono) Cin\u00e9tica y termodin\u00e1mica en reacciones de hidrogenaci\u00f3n
Posibilidad de que se efect\u00fae la reacci\u00f3n: para una temperatura y variaci\u00f3n de energ\u00eda libre determina la posibilidad (\u2206F<0) Para sistemas gaseosos -\u2206F = 4,57 T log K K= cte de equilibrio si K>1 entonces \u2206F<0 Temperatura: T< 400\u00baC para evitar pir\u00f3lisis o cracking. Mayores cambiar el sentido de la reacci\u00f3n. Presi\u00f3n: Aumento de presi\u00f3n => mayor concentraci\u00f3n de H2 En general significa un aumento de la velocidad de reacci\u00f3n.
Tiempo: (depende de: sustancia, temp, presi\u00f3n, catalizador) Variable de pocos seg a horas. La velocidad de hidrogenaci\u00f3n es r\u00e1pida al principio: 80 resto es mas lento hasta completar. Catalizadores: Son reacciones catal\u00edticas Aumenta la velocidad de reacci\u00f3n
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Hidrogenaci\u00f3n
Catalizadores s\u00f3lidos , metales u \u00f3xidos de metales ( Superficies de gran contacto y activadas. Cat. Act\u00faa fen\u00f3meno superficial. Mezclas met\u00e1licas favorecen (Ni, Cu, CuOZn, etc.) Azufre, ars\u00e9nico, Hg, Pb, etc. Son venenosos. Catalizadores en\u00e9rgicos: hidrogenaci\u00f3n intensa importante de varias etapas (Cracking) (Ni, Co, Fe) Catalizadores suaves: hidrogenaci\u00f3n completa para uso ser veloz. La hidrogenaci\u00f3n no pasa del primer paso. (Pt,V)
2) REACCIONES T\u00cdPICAS a) Hidrogenaci\u00f3n de enlaces i.-) Grupo etilenico
- C=C- el doble enlace se rompe, se satura. RCH=CHR\u00b4 + H2RCH2-CH2R\u00b4
\ u e 0 0 0 \ u e 0 0 0 \ u e 0 0 0 \ u e 0 0 0 \ u e 0 0 0 \ u e 0 0 0
R y R\u00b4 alif\u00e1ticos no arom\u00e1ticos Catalizadores: NI, Pt, Pd. Bajas temperaturas 100/200\u00baC Presiones muy altas Fase vapor en compuestos vol\u00e1tiles Fase liquida para los mas pesados.
Ejemplos CH2=CH2 Etileno
H2 cat
CH3-CH3 Etano
H2 cat Benceno
ciclohexano H2 cat
C17H33COOH \u00c1cido oleico ii.-) Grupo cet\u00f3nico
>C=O
R-C=OR\u00b4 Cetona
C17H35COOH \u00e1cido estearico
Aldeh\u00eddos, cetonas, \u00e9steres y \u00e
+ H2 R-HC-OHR\u00b4 Alcohol secundario
Catalizadores: Fe, Ni, Cu, Cr. Suave => reducci\u00f3n parcial (ALCOHOL) En\u00e9rgica => reducci\u00f3n total (HIDROCARBURO + AGUA)
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Ejemplo: CO + 2 H2 CO + 3 H2
CH3OH CH4 + H2O
Hidrogenación
Metanol (200 atm, 300ºC) (1 atm, 200ºC)
Esta es la síntesis de Fisher – Tropsh para obtención de hidrocarburos superiores p uso en gasolinas.
b) Reducción de CO con H2
Síntesis de Fischer y Tropsh Ejemplo: CO + 3 H2 2 CO + 5 H2 CO + 2 H2
CH4 + H2O C2H6 + 2 H2O CH3OH
Parafínicos Metanol
c) Hidrogenólisis de ésteres y ácidos
RCOOR´+ 2 H2
RCH2OH + R´OH
Si R´ es H, => ácidoalcohol + agua. Ejemplo: CH3(CH2)10COOH Ácido Láctico
H2
CH3(CH2)10CH2OH Alcohol láurico
+
H 2O
Si R´ es cadena carbonada => éster alcohol + alcohol O CH3 -C- O-C2H5+ 2 H2 Acetato de Etilo
Cat 200 atm.
CH3 H2C + OH Etanol
OH-C2H5 Etanol
Reducción de ácidos Ácido Aldehído Alcohol Primario Cetona Alcohol secundario d) Hidrogenólisis con rotura de enlaces C-O y C-C
C2H5-O-C2 H5 Éster etílico
H2
C2H6 + C2H5-OH 20008 Ni Etano Alcohol etílico
- Catalizador: Ni (enérgico) - Altas temperaturas y presiones
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Hidrogenación
APARATOS Se opera a altas presiones. Se requieren tamaños reducidos y de adecuado. Deben ser resistentes a la difusividad del H2 y a la corrosión. El aparato a utilizar depende del proceso.
1) Bomba para circulación del aceite y catalizador 2) Serpentín para calefacción y enfriamiento 3) Al filtro prensa 4) Escape
5) 6) 7) 8)
Hidrogeno Vapor Agua Bomba para la circulación de gas. 9) Condensado.
Endurecimiento de aceites a grasas: Ingresa la mezcla de aceite y catalizador. El H2 se burbujea de la parte inferior para obtener circulación en contra corrie El Agitador favorece la mezcla (Sustancia - Catalizador y H2(g)) El producto se retira por el extremo inferior y se recircula hasta comp hidrogenación. La refrigeración/Calefacción mantiene la temperatura en el nivel óptimo.
ACEITE
(OLEINA)
FILTRO C
SAL DE REDUCTOR NIQUEL se activa el catalizador
MEZC LADOR
Bomba de Gas
O
VACIO
N V E R
Ni
VAPOR CONDENSADO
T I D
H2 H2
DESODO RIZACION
O R
AGUA REFRIGE RANTE
HIDROGENO
CALDERA DE
NIQUELA PARA REGENERAR
VAPOR DIRECTO
ACEITE ENDURECIDO (ESTEARINA)
OBTENCIONDE MARGARINA: (C17H33COO)3C3H+ 5 Oleina
3 H2
(C17H35COO)3C3H5 Estearina
En el reductor se activa el catalizador de Ni. En el mezclador se mezcla el aceite con el catalizador (el catalizador esta fi disperso) Ingresan al convertidor donde la mezcla reacciona con el. Una vez finali endurecimiento se abre la válvula. La grasas que sale se refrigera y luego se filtra para separar el catalizador ( grasa – Ni) Luego ingresa a la caldera de desodorización, se enfría y se almacena.
OBTENCIONDE MARGARINA: (C17H33COO)3C3H+ 5 Oleina
3 H2
(C17H35COO)3C3H5 Estearina
En el reductor se activa el catalizador de Ni. En el mezclador se mezcla el aceite con el catalizador (el catalizador esta fi disperso) Ingresan al convertidor donde la mezcla reacciona con el. Una vez finali endurecimiento se abre la válvula. La grasas que sale se refrigera y luego se filtra para separar el catalizador ( grasa – Ni) Luego ingresa a la caldera de desodorización, se enfría y se almacena.
