Revista Ingeniería e Investigación, Vol. Un embudo de separación calibrado de 100 mL para la alimentación del ácido acético a la columna, un condensador para operación a reflujo total de 53 cm de longitud y 2,4 cm de diámetro; un balón de vidrio de 1 L usado como rehervidor y una trampa de agua calibrada de 100 mL como unidad de separación de las fases y obtención del producto final. 38 (1999) 714-722. En la producción del alcohol etílico por fermentación alcohólica se obtiene una fracción denominada aceite de Fusel (del alemán: Fusel, licor de mala calidad), que es una mezcla de alcoholes superiores, a saber: alcohol n-butílico e isoamílico, con cantidades menores de alcohol isopropílico, n-propílico, entre otros compuestos como ésteres, cetonas y aldehídos [4]. b) Aplicar algunas técnicas de laboratorio ya conocidas como son calentamiento a reflujo, extracción y destilación simple. La reacción de esterificación fue catalizada por una resina de intercambio catiónico fuertemente ácida, Purolite C-100, verificando su utilidad, por presentar un aumento en la selectividad del sistema. Síntesis de acetato de isoámilo. Esta operación simultánea de reacción química y separación, ha constituido una tecnología de gran potencial para algunos procesos, en los que se verifican reacciones en fase líquida con restricciones termodinámicas, ya sea por tratarse de reacciones en las que el equilibrio químico limita el avance de la reacción, o aquellas en las excesos de reactantes ocasionan la aparición de subproductos u obligan a manejar volúmenes de material de recirculación considerablemente más altos, encareciendo el proceso. 37, Nº 23 (2003) 5325 -5329. The final composition of the ester reached by the system operating at different conditions of input demonstrated the many advantages of this process over the conventional technique for the synthesis of organic compounds with higher purity. The most important findings a 46% alcohol and that the best condition of operation in reactive distillation column found consisted of an excess of acetic acid (2:1 molar ratio) reaching a final composition of butyl acetate equal to 99 % and considerably lower energy. Perry, R.: “Manual del Ingeniero Químico”. [ Links ], 9. 601-08. La composición de acetato de butilo obtenida en el destilado corresponde a la fracción molar de éste en la fase orgánica, que se separó en el tope de la columna a partir de la trampa de agua fijada valiéndose del carácter inmiscible de la mezcla que destilaba. [ Links ], 2. Los resultados comprobaron experimentalmente que al desplazarse el equilibrio de reacción se obtienen altas conversiones, debido la remoción continua del agua como producto. [ Links ], 10. A través de la interpretación de las composiciones del fondo de la columna y del destilado, se pudo determinar que con un exceso de ácido acético (relación molar de reactivos 2:1 ácido acético/ butanol) es posible aumentar la composición con la cual se obtiene el éster, siendo la mayor composición alcanzada en el destilado de 99% de acetato de butilo. La columna se operó a reflujo total durante las primeras dos horas de ensayo, para el inicio de tomas de muestras. Teniendo en cuenta esta situación y en la búsqueda de aprovechar el potencial uso de tan importante desecho, se planteó como estrategia la obtención de alcohol n-butílico a partir de este desecho agroindustrial, para posteriormente utilizar este compuesto como materia prima en la síntesis de un producto de alta demanda y mayor valor agregado como es el acetato de butilo. Designation: D2187-94. (1998) 211-215, 378-512. En la Tabla 1 se exponen las condiciones de trabajo en operación semi-contínua para los ensayos de destilación reactiva en la síntesis del éster a partir del alcohol obtenido del aceite de Fusel. Steinigeweg, S. y Gmheling, J.: “n-Butylacetate Synthesis via Reactive Distillation: Thermodynamics Aspects, Reaction Kinetics, Pilot-Plant Experiments, and Simulation Studies”. Avilla, J.A. Estas fueron tomadas en intervalos de 30 minutos del destilado manipulando la válvula de retorno, la cual se mantuvo abierta durante la operación en el reflujo, de manera de cargar el cilindro de decantación con el líquido condensado, separándose así las fases automáticamente. Entre los catalizadores heterogéneos más utilizados (como reemplazo de los ácidos minerales), se encuentran las resinas de intercambio catiónico, materiales sintéticos, sólidos, que se presentan en forma de esferas o perlas de 0,3 a 1,2 mm de tamaño efectivo. 42 (2003) 5182-5194. La elevada proporción del alcohol y el agua forman (entre ellos químicamente) puentes de hidrógeno intermoleculares, que en el transcurso del tiempo, se va debilitando estas interacciones por la presencia del éster liberando la condición en el sistema de modo estable termodinámicamente, pero no en su totalidad. 11.01. Síntesis de Acetato de Isoamilo Omar Chavez. Se simuló el sistema observándose un comportamiento que concuerda con el reportado y se presenta una disminución importante del consumo energético del 89% en comparación al proceso convencional descrito en trabajos anteriores, una de las razones en las que la destilación reactiva es considerada tecnología verde. Venimadhavan, G., Malone, M. y Doherty, M.: “A novel distillate policy for batch reactive distillation with application to the production of butyl acetate”. Del punto de vista cinético, la conversión alcanzada en esta configuración (DR) es mayor a la obtenida mediante en un reactor convencional, obteniéndose composiciones finales de éster en el fondo entre 58 y 77%, para ambas las relaciones molares. Keywords: butyl acetate, fusel oil, reactive distillation. (2002). La resina de intercambio iónico evaluada como catalizador, presenta una matriz polimérica di-VinilBenceno y fuertemente ácidas con SO3H+ como grupos funcionales. Tecnologías que ayuden a disminuir la emisión de gases tóxicos al ambiente, no sólo a través de una disminución en el consumo energético, sino también de etapas de proceso, son el tipo de operaciones que hoy en día se necesitan para la industria del futuro, es por esto que la DR es considerada una tecnología verde [17, 18]. Cuando la matriz polimérica es particularmente selectiva, y como en el caso de la esterificación, tiende a remover uno de los productos de reacción de la matriz sólida (el agua), la velocidad de la reacción inversa (hidrólisis) disminuye y se evitan reacciones secundarias, teniendo como consecuencia un incremento en conversión y selectividad [8-11]. Éste se destaca por ser uno de los disolventes más utilizados en la industria química, y se espera que su consumo aumente en los próximos años, debido a su bajo impacto ambiental en comparación con otros solventes orgánicos. 47, Nº 1 (2008) 51-65. Revista Universidad EAFIT, Vol. This work understands a study in the potential use of the oil of Fusel, an agro-industrial waste, of which the alcohol obtains n-butílico for the production acetate of n-butilo in a system ecoeficiente combined reaction-separation to pilot scale, using a catalyst such as ion exchange resin (Purolite C-100). 34, No. La fase orgánica en el tope de la columna presentó una composición de éster igual a 41,6% y en el fondo de 62,5%. 305130. 32 (1977) 551-556. Cardona, C., Rincón, A., Muñoz I.: “Simulación de una columna de destilación reactiva para la síntesis de butilacetato”. La reacción general se expone en la Figura 2 [5-7]. Chemical Engineering Science, Vol. Los ésteres son los derivados de ácido más frecuente. Se procedió a alimentar el ácido acético por la parte lateral de la columna a un flujo de 972 mL/min. Las condiciones tomadas en consideración fueron: reacción en fase líquida modelada con equilibrio químico y condensador operando a reflujo total usando como modelo termodinámico el UNIFAC. síntesis de acetato de isoámilo práctica Las reacciones de esterificación son aceleradas con catalizadores ácidos fuertes y su conversión está limitada por el equilibrio químico. Orjuela, A., Leiva, F., Boyacá, A., Rodríguez, G. y Carballo, L.: “Estudio de la síntesis de acetato de butilo: Análisis de las condiciones de equilibrio químico”. Desde el punto de vista operativo los resultados obtenidos son benévolos, ya que permitieron obtener un producto de alta pureza mediante un equipo versátil que incluye múltiples operaciones en una misma unidad, evitando de esta manera tratamientos químicos o físicos posteriores del producto que se efectuaría si se tratase de un equipo convencional. La composición final del éster alcanzada por el sistema semi-continuo bajo distintas condiciones de operación, demostró las bondades de este proceso respecto al convencional en la obtención de compuestos orgánicos con elevadas conversiones en una sola unidad. México. Gangadwala, J., Mankar, S. y Mahajani, S.: “Production of Butyl Acetate By Catalytic Distillation Process Design Studies”. Obtención del Acetato de Isoamilo Indroducción El acetato de isoamilo es un éster que posee múltiples aplicaciones: se utiliza en la fabricación de perfumes, esencias o como solvente. [ Links ], 6. Estas fueron analizadas por cromatografía de gases (CG), para ello, se utilizó un cromatógrafo de gases modelo Varian 3800 equipado con un detector de ionización a la llama (FID) acoplado a un detector de conductividad térmica (TCD). Se utilizó simulador Aspen Plus® versión 2006, como la herramienta para la evaluación del sistema. En la zona reactiva se ubicó el catalizador tipo lecho empacado, el butanol fue cargado directamente al balón de vidrio, se calentó hasta su punto de ebullición (117 °C), el vapor producido ascendía por la columna humedeciendo progresivamente el catalizador. Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. [ Links ], 7. Este residuo de las destilerías, no es aprovechado y se pierde en cantidades significativas, aproximadamente 1000 L por día, el cual es incinerado en hornos destinados para tal fin. Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería Universidad del Zulia. REACCIÓN H2O + O H2SO4 O OH + HO CO CH3 Ácido acético Alcohol isoamílico Acetato de isoamilo Del aceite de Fusel se obtuvo un 46% del n-butanol por destilación. Marulanda, V.F. Nº 43 (2004) 136-143. Los parámetros involucrados en la simulación fueron: presión de la torre 0.997 atm, flujo de alimentación del ácido de 0,00295 mol/s, flujo de alimentación del n-butanol, 0,00472 mol/s, y en la Tabla 2 se reportan las condiciones y resultados de cada una de las corrientes. Para el suministro térmico se empleó una manta con regulador, dos termómetros de 360 °C, uno para el registro de la temperatura en el tope de la columna y el otro para el fondo; se utilizó un sistema de toma de muestras en el rehervidor (Figura 3). Valencia, Venezuela. Del aceite de fusel se obtuvo un 46% de alcohol n-butílico. Para la caracterización de las muestras se usó 0,1 μL; columna capilar CP-Sil 5 CB (25 m × 0,25mm× 0,25 mm) con relleno de 100% dimetil polysiloxano; puerto de inyección a 120°C, puerto de detección a 150°C y las condiciones de la columna fueron programadas para comenzar en 50°C, permaneciendo por 10 min, seguido de una rampa de 0,1°C/min hasta 200°C, donde se mantenía por 12,48 min; helio AP como gas de arrastre a una presión de 8psi y un flujo por la columna de 0,7 mL/min. [ Links ], 12. Dhanuka, V., Malche, V. y Chandalia, B.: “Kinetics of liquid phase esterification of carboxylic acid with alcohols in the presence of acid catalysts”. Palabras clave: acetato de butilo, aceite de fusel, destilación reactiva. Sin embargo, a estas condiciones no fue posible obtener mayores conversiones del ester, debido a que el destilado corresponde a una mezcla azeotrópica heterogénea [5, 15]. [ Links ], 4. 2:00. Actualmente, se invierte gran cantidad de dinero en el desarrollo de tecnologías limpias que se adapten a los nuevos requerimientos de la humanidad, que ofrezcan una ecoeficiencia importante, minimizando así la generación de contaminantes. Vol. Se obtiene de forma natural de algunas frutas y se sintetiza mediante una reacción catalizada en medio ácido esterificacion de Fischer 1. Se evidencia un aumento progresivo de las composiciones de éste tanto en el tope como en el fondo de la columna operando con una relación de alimentación 1:1 a medida que transcurre el tiempo de operación, alcanzándose una composición final en el tope de 77% (Figura 4). 3 (2000) 196-206. MC Graw Hill. The simulation of the column is made in Aspen Plus based on the experimental information provided, with the purpose of reproducing the data. El papel del reactor lo cumple el sistema empacado, ubicado en la zona central de la columna, que se comporta como un de reactor de lecho fijo compuesto por un catalizador heterogéneo, que de acuerdo al perfil de temperaturas, produce una distribución de reactantes y productos a lo largo de la columna en virtud de su diferente volatilidad, con lo cual se propicia su separación [2]. 25, Nº 003 (2005) 13-21. Se tomó muestra de la fase acuosa (inferior) y de la fase orgánica (superior), para el seguimiento del comportamiento inicial del sistema. Otro de los parámetros considerados es la disminución considerable del consumo energético en comparación al proceso convencional. Jessica Santiago 1,377 views. [ Links ], 3. Küçük, Z. y Ceylan, K.: “Potential Utilization of Fusel Oil: A Kinetic Approach for Production of Fusel Oil Esters Through Chemical Reaction”. Revista Cubana de Farmacia, Vol. [ Links ], 5. : “Análisis del impacto ambiental generado por tecnologías para la producción de Butilacetato”. El valor inicial fue de 1,7±0,2 eq/L y luego de utilizarla durante toda la experimentación fue de 1,9±0,2 eq/L, lo que indica ningún grado de desactivación del sólido. Es un ester del alcohol isoamil y el ácido acético Es un liquido incoloro con aroma a bananas/ ligeramente a pera. : “Standard Test Method for Physical and Chemical Propeties of Particulate Ion-Exchange Resins”. The experiments were performed at constant pressure (P = 0,936 atm) and different conditions of input. [ Links ], 18. Las incongruencias en los valores obtenidos se deben a que la fase de equilibrio es muy compleja y está determinada por la superposición entre el equilibrio químico y el equilibrio líquido-vapor. Caracterización de la resina de intercambio Purolite C-100 como catalizador en el lecho empacado. Se realizó la simulación de la columna en Aspen Plus partiendo de la información experimental suministrada, con el fin de corroborar la reproducibilidad de los datos. Teniendo en cuenta esta situación y en la búsqueda de aprovechar el potencial uso de tan importante desecho, se planteó como estrategia la obtención de alcohol n-butílico a partir de este desecho agroindustrial, para posteriormente utilizar este compuesto como materia prima en la síntesis de un producto de alta demanda y mayor valor agregado como es el acetato de butilo. Este consumo en procesos con configuración DR está basado por la carga energética en el rehervidor de la columna. Los autores expresan su agradecimiento al grupo CBT Ingeniería S.A. por permitirnos evaluar su proceso y toma de muestras así como también al Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico (CDCH) por el financiamiento Nro. Orjuela, A., Leiva, F., Boyacá, A., Rodríguez, G. y Carballo, L.: “Obtención de mapas de curvas residuales para la síntesis de acetato de butilo”. Los experimentos en el sistema reactivo se realizaron a presión constante (P = 0,936 atm) y a diferentes condiciones de alimentación. El desecho utilizado, consistió en la toma de muestras compuestas en la Destilería Yaracuy, la cual produce 1000 L por día de esta mezcla de alcoholes superiores, en el proceso de fermentación alcohólica. Segunda Edición. Los resultados obtenidos en la columna de DR fueron satisfactorios en la síntesis de acetato de n- butilo. Malone, M. y Huss, R.: “Green Chemical Engineering Aspects of Reactive Distillation”. A.: “Phase equilibria for quaternary mixtures in esterification reaction systems”. Estas no coinciden con las composiciones alcanzadas experimentalmente, sin embargo el sistema sigue un comportamiento muy con desviaciones de aproximadamente del 59%. 33, Nº 3 (2003) 313-321. Síntesis de acetato de n-butilo mediante un sistema de destilación reactiva a partir de un desecho agroindustrial. Turkish Journal of Chemistry, Vol. Latin America Applied Research, Vol. El sistema empleado está constituido por tres columnas de vidrio tipo Vigraux; dos de ellas correspondientes a la zona de rectificación de 43 cm de longitud y 2,5 cm de diámetro equivalentes a 14 platos teóricos cada una y la última correspondiente a la zona de agotamiento de 32 cm de longitud y 2,5 cm de diámetro de 6 platos teóricos. 22 (1998) 289-300. Post Grado de Ingeniería, Avenida Universidad, Edif. Alfonso, H., Pérez, G., Díaz, I., Alba, S. y Armas, R.: “Resinas de intercambio iónico para prolongar la liberación de los fármacos”. Una columna de vidrio de 40 cm de longitud y 3 cm de diámetro correspondiente a la zona reactiva donde se empacó el catalizador. Fobeca, No. Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. Editorial Mc Graw-Hill. [ Links ], 14. El modelo aplicado fue el RadFrac, el cual permitió realizar la simulación del sistema utilizando una sola unidad de proceso. El sistema cuenta con una columna de destilación, equipada con una zona central donde ocurre la reacción química y una zona superior e inferior donde se favorece la separación [1-3].