Reacciones de esterificación por el método de destilación catalítica (producción de n-pentil acetato)

Esterification reactions by catalytic distillation method (n-pentyl acetate production)

En el presente trabajo, se resumen las características básicas para la producción de acetato de n-pentilo en una columna de destilación reactiva se llevó a cabo una simulación para estudiar el proceso y evaluar alternativas de operación los resultados muestran que el sistema reactivo exhibe un fenómeno de azetropía reactiva, como se ilustra en los mapas de curvas residuales construidos en el presente trabajo. También se muestra, en primera instancia, que el proceso resulta técnicamente viable para la producción del éster de interés como producto principal de fondos de la columna de destilación reactiva.

Introducción

En el presente trabajo se estudiaron los conceptos y principios básicos que sustentan la operación de destilación reactiva (DR) o catalítica, para generar los elementos necesarios en la utilización de herramientas de diseño conceptual apropiadas, en la evaluación de la viabilidad industrial de este tipo de tecnologías. Para este propósito, se escogió un sistema reactivo modelo, susceptible de implementación en sistemas de reacción-separación simultáneas, en el cual se pueden aprovechar las ventajas que se logran con este tipo de operación. El sistema corresponde a la mezcla para esterificación de n-pentanol (alcohol con punto ebullición medio) y ácido acético, para la producción de acetato de n-pentilo (acetato de amilo) y agua.

Las operaciones de DR involucran simultáneamente reacción química con destilación, generalmente la reacción toma lugar en la fase líquida y/o en la superficie de un catalizador ubicado dentro del equipo de destilación. La idea de considerar simultáneamente estos procesos no es nueva, y en la década de los 90 ha tenido gran atención por parte de investigadores alrededor del mundo. Actualmente existen dos tendencias en el diseño de procesos: la primera corresponde a la unificación de varias operaciones en una sola etapa de proceso, y la segunda pretende establecer el diseño de unidades de proceso multipropósito. Estas tendencias son producto de estudios experimentales exitosos en la implementación de nuevas tecnologías, y del avance que se ha logrado en  el entendimiento de la fenomenología de los procesos químicos. Esto último traducido en la posibilidad de incorporar y resolver modelos matemáticos más ambiciosos y detallados, a través de herramientas de cálculo y simulación que ha brindado el desarrollo computacional de la última década.

Las operaciones de producción (reacción química) y separación, convencionalmente ocurren en unidades de operación diferentes. El tipo de reactor más común es el CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor); y las más comunes unidades de separación son las columnas de destilación. En este ámbito, la destilación reactiva es un tipo de operación que conceptualmente integra los procesos de producción con la operación unitaria de destilación.