Resumen

En el presente trabajo se desea por medio de las herramientas informáticas ASPEN PLUS V7.2 y MATLAB V8.2.0, encontrar el modo de operación optimo del proceso de producción de acetato de etilo usando resinas de intercambio catiónico. La obtención del acetato será mediante esterificación de etanol con ácido acético. Debido a la constante necesidad de los procesos existentes a disminuir costos de producción, mejorar la calidad de los productos ofrecidos al público y/o el aprovechamiento de las líneas de residuos, se propone un proceso híbrido compuesto por dos reactores tubulares y una membrana de pervaporación. La búsqueda de las condiciones óptimas se basó en, la variación de la concentración de agua en el retenido de la membrana, de la selectividad a todos los componentes de la membrana, del número de etapas reacción-separación y de la carga de catalizador en los reactores (para una relación de alimentación estequiométrica). Se varió la relación de alimentación, inicialmente tomando el ácido acético como reactivo límite y luego el etanol. Se analizó además el número de fases presentes en la corriente de salida del tercer reactor. De los resultados obtenidos se encontró que entre menor sea la cantidad de agua en el retenido, mayor conversión global. La carga del catalizador óptima obtenida fue de 250 kg pues la conversión disminuye a partir de éste momento. Con cargas mayores, el aumento de la conversión es prácticamente despreciable. Al aumentar la permeabilidad de la membrana hacia los componentes diferentes del agua, se encontró que el área de membrana disminuye. El número de etapas que representan un cambio mayor al 95% en la conversión fue de 2 módulos de reacción-separación. De la variación de la relación de alimentación se concluye que hay mayores conversiones cuando se adiciona uno de los reactivos en exceso.

Introducción

Los esteres son compuestos que se pueden obtener a partir de la reacción de ácidos carboxílicos con alcoholes, normalmente catalizada ya sea con ácidos minerales o algún catalizador catiónico sólido [1,2]. La esterificación es el proceso por el cual se sintetiza un éster [3]. 

El acetato de etilo es uno de los esteres más conocidos y producidos industrialmente, gracias a su síntesis simple. Este compuesto es utilizado ampliamente en la industria como solvente, fijador para perfumes, en escancias artificiales, como recubrimiento de cueros artificiales, en la industria fotográfica, en la industria cosmética, entre muchas otras [4].

La reacción de esterificación para obtener acetato de etilo es una reacción de equilibrio limitada. Entre los métodos comúnmente implementados para permitir el desplazamiento del equilibrio se encuentran, utilizar un exceso de alcohol, debido a que el paso limitante de la reacción es el ataque del grupo carboxílico que es llevado a cabo por el alcohol, o intentar separar el agua formada en la reacción por medio de destilación reactiva [5]; el uso de un exceso de alcohol resulta desfavorable debido a los altos costos de utilizar más materias primas y el proceso de separar el exceso de alcohol del producto, por otro lado la destilación reactiva no proporcionará la separación adecuada debido al triple azeotropo (etanol-agua-acetato de etilo) y el doble azeotropo (acetato de etilo agua) que presentan las temperatura de ebullición más bajas [6]. Debido a lo anterior se ha optado por utilizar diferentes tipos de catalizadores ácidos, por ejemplo catalizadores homogéneos como el ácido sulfúrico [7,8] y el ácido clorhídrico [9], los cuales generan efectos adversos como corrosión en los equipos, contaminación del producto, miscibilidad con el medio reaccionante por lo que es difícil reciclarlos y presentan baja selectividad; por otro lado catalizadores heterogéneos tales como catalizador Nafion (SAC-13) [10], Zeolitas (HB, HY y H-ZSM-5 [11, 12, 13], H-BEA, H-FER, H-MFI, H-MOR [14]), resinas de intercambio iónico (Amberlyst 70 [15], Amberlyst 36 [16], Amberlyst 15 [17]) y catalizadores ácidos soportados (Smopex-101 [18, 19], Cs2.5 (Cs2.5H0.5PW12040) [20]); también se han realizado acoplamientos entre algunos de estos catalizadores con destilación reactiva [21, 22] y reactores de membrana o acoplados a membranas [23, 24, 25, 26, 27]. 

En este trabajo se desea evaluar sistemas con membranas de pervaporación acoplando estas a etapas reactivas. Estas últimas se encargaran de retirar uno de los productos de la reacción (agua) para lograr desplazar el equilibrio hacia los productos. S

• Materias:Ingeniería química Tecnología química Reacciones químicas Etanol Procesos químicos Química
• Subjects:Chemical engineering Chemical technology Chemical reactions Ethanol Chemical processes Chemistry
• Palabras claves:esterificación, acetato de etilo, resina de intercambio catiónico, pervaporación
• Keywords:esterification, ethyl acetate, cation exchange resin, pervaporation