LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA II..

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INFORME PRACTICA DE LABORATORIO

REACCIÓN-SEPARACIÓN

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA II

Jaime Alexander Cuaspud, Martin Andrés Duarte Giraldo, Carlos Alberto Giraldo, Paula Andrea Henao, Danny Leandro Ortiz, Jimmy Anderson Martínez Ruano, Maikol Velásquez, Vismar Yohani Urrea Grajales

Facultad de Ingeniería y Arquitectura.

Departamento de ingeniería Química

Universidad Nacional de Colombia sede Manizales

Noviembre 12 de 2016

Contenido

Resumen        

1.        Introducción        

2.        Objetivos        

2.1.        General        

2.2.        Específicos        

3.        Marco teórico        

3.1.        Análisis termodinámico        

4.        Materiales y reactivos        

5.        Diagrama de proceso        

6.        Metodología        

7.        Resultados  y  análisis de resultados        

7.1.        Perfil de concentración y conversión de reacción.        

7.2.        Balances de masa        

7.3.        Balances de energía        

7.3.1.        Zona de reacción        

7.3.2.        Zona de separación        

7.4.        Caracterización de producto        

Conclusiones        

BIBLIOGRAFÍA        

Resumen

1. Introducción

Se denomina esterificación al proceso mediante el cual se sintetiza un éster a partir de un ácido carboxílico y un alcohol. Los ésteres son sustancias de gran importancia industrial, y es por ello que son producidos en enormes cantidades cada año; se han llevado a cabo numerosos y diferentes procesos para la obtención de estos. La forma quizás más común, es la utilización de calor para calentar una mezcla de dos sustancias, un alcohol y un ácido, conocida como esterificación de Fischer- Speier.

Los esteres son usados en varios sectores del comercio y las industrias, como por ejemplo se tiene el uso como disolventes, plastificantes, aromas artificiales, aditivos alimentarios, productos farmacéuticos y obtención de jabones.

El consumo y la producción de ésteres ha incrementado en los últimos años, especialmente los derivados de oleo-químicos básicos, que incrementó un 45,9% del 1990 al 2000. Colombia es el quinto productor mundial de aceite de palma (cuya esterificación produce solvente, aditivos en formulación de adhesivos y combustibles renovables) y el primero en Latinoamérica, con una producción anual cercana a las 550.000 Toneladas para el 2003, que representan el 2% de la producción mundial.

Dentro del ámbito nacional las empresas Sucroal S.A y Sucromiles S.A son las encargadas de la producción de acetato de trietilo además cuentan con la producción de compuestos a base de esteres como: acetato de propilo, acetato de etilo uretano, acetato de etilo natural y acetato de butilo normal. El acetato de trietilo cuenta con un bajo nivel de toxicidad y es un producto amigable con el medio ambiente que se puede utilizar en lugar de algunos derivados del petróleo, es empleado como plastificante para derivados de celulosa y resinas naturales. En el área de cuidado personal se utiliza como fijador en perfumes y como película en sprays para el cabello, esmalte de uñas y como un activo desodorante [1].

1. Objetivos

1. General

Llevar a cabo el proceso en planta piloto de la reacción-separación para obtener acetato de etilo a partir de la reacción de esterificación entre el ácido acético con el alcohol en presencia de una resina zeolítica como catalizador.

1. Específicos

• Realizar un reconocimiento del equipo y líneas de flujo usados para la               producción de acetato de etilo.
• Estudiar los conceptos acerca de reacciones de esterificación.
• Realizar análisis sobre las posibles limitaciones termodinámicas que se tienen dentro del proceso, condiciones de equilibrio.
• Realizar análisis cinético de la reacción, teniendo en cuenta el catalizador que se usara para la reacción de esterificación; definiendo así la ecuación de velocidad para la reacción.
• Caracterizar el producto obtenido y comparar los resultados con los valores reportados en la literatura.

1. Marco teórico

Los ésteres son una clase importante de productos químicos, que tiene aplicaciones en una variedad de áreas tales como disolventes, plastificantes, productos farmacéuticos y productos intermedios. Existen diferentes métodos que se han diseñado para preparar ésteres, de los cuales uno de los métodos que permite una mejor separación de los productos y reduce la cantidad de contaminantes es la reacción catalizada. [2]

En todos los estudios cinéticos realizados con de resinas de intercambio iónico como catalizadores, el tipo de resina que se ha empleado es un gel acido de intercambio iónico a base de benceno y estireno-divinilbenceno (DVB). La investigación de la catálisis por resinas de intercambio iónico es sin duda interesante, no desde un punto de vista puramente físico-químico, sino también en términos de las ventajas de estos tipos de catalizadores sobre los convencionales. Las resinas de intercambio de iones aumentan el rendimiento del producto, y pueden mantener su actividad por mucho tiempo, y no contaminan. Las resinas de intercambio iónico se pueden separan del medio de reacción con facilidad y se regeneran fácilmente para su reutilización.

La esterificación de ácido acético con etanol se ha estudiado ampliamente, principalmente debido a su uso industrial. La reacción global entre el ácido acético y alcohol etílico sobre una resina catalíticamente activa se muestra a continuación [3]:[pic 2][pic 3]

La reacción mostrada en la figura_1 corresponde a una reacción de esterificación en donde se sintetiza un éster a partir de un ácido carboxílico y un alcohol. Ya esta reacción se encuentra limitada por el equilibrio, un método común de operar reacciones limitadas por el equilibrio es el uso de un exceso de un reactante con el fin de incrementar la conversión del reactivo limitante.

En este trabajo, se realizara un seguimiento a la reacción nombrada anteriormente a escala pilo teniendo en cuenta las diferentes consideraciones como son temperatura y concentración de reactivos que conlleven a un excelente rendimiento de producto.

1. Análisis termodinámico

El análisis termodinámico se realizó con ayuda del software Aspen PLUS®. Los valores fueron obtenidos a 585 mmHg, presión atmosférica de Manizales.

• Energía libre de Gibbs

Se calculó el valor de la energía libre de Gibbs de que tan factible es que se dé la reacción, que se determinó a partir de la siguiente ecuación:

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Donde , hace referencia al coeficiente estequiometrico de la sustancia i en la reacción j, conservando la convención de signos (negativo para reactivos y positivo para los productos).[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

De acuerdo con los resultados obtenidos se puede determinar que la reacción es factible, y tendrá mayor factibilidad en un intervalo de temperatura entre 30 y 70 °C aproximadamente.

• Calor de reacción estándar

[pic 8][pic 9]

A partir de la reacción que se produce dentro del proceso de esterificación, se calcula el calor o entalpía estándar de reacción de acuerdo con las siguiente ecuación.

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