Estudio de la síntesis de acetato de butilo - 2. Análisis de las condiciones de equilibrio químico

Analysing chemical equilibrium conditions when studying butyl acetate synthesis

En este trabajo se adelantó un estudio de la reacción de esterificación de ácido acético y n-butanol en fase líquida (P atm = 560 mmHg), utilizando una resina de intercambio iónico (Lewatit K-2431) como catalizador. Se efectuaron ensayos para determinar la influencia de la carga del catalizador, la temperatura y la relación molar de alimentación (ácido/alcohol), sobre la constante de equilibrio químico. Se pudo reconocer el fenómeno de adsorción selectiva de los componentes sobre la matriz de la resina, y se comprobó su efecto sobre las condiciones de equilibrio químico, para diferentes relaciones iniciales de ácido y alcohol. Se utilizó un modelo no ideal(UNIQUAC) para evaluar las actividades de los componentes, y se realizó el cálculo de la energía libre y la entalpía estándares de la esterificación ( ΔG°= -1.874 Kcal/mol, ΔH°= -5.335 Kcal/mol), las cuales corresponden con lo reportado en trabajos previos. Finalmente, se obtuvo una expresión que permite evaluar la constante de equilibrio químico, de carácter aparente, donde se toman en cuenta los efectos térmicos y los asociados al equilibrio de fases líquido-polímero. Dicha expresión concuerda con los datos experimentales y con los reportados en otros estudios.

Introducción

La producción de ésteres a partir de ácidos carboxílicos y alcoholes es bien conocida desde hace tiempo, y su importancia a nivel industrial radica en sus múltiples y diversas aplicaciones. En particular el acetato de n-butilo, sintetizado a partir de ácido acético y n-butanol, es utilizado como base para lacas, tintas, adhesivos y colorantes, como solvente de pinturas, en la industria de cosméticos y fragancias, etc. (Groggins, 1958 y Kirk-Othmer, 1998).

La esterificación, activada por la autoprotólisis del ácido carboxílico, es una reacción reversible, y se verifica sin la presencia de catalizadores de forma extremadamente lenta; por tal razón, es promovida con el uso de catalizadores ácidos homogéneos (oleum, H₂SO₄, HCl, ácido p-Toluen-sulfónico) o heterogéneos (resinas de intercambio, zeolitas, óxidos  metálicos,

heteropoliácidos), los cuales actúan como donadores de protones (Baba y Ono, 1986; Bourbigou y Magna, 2002; Choudhary et al., 2001; Groggins, 1958; Harper  y Sun, 2001; lzumi et al., 1998; Kirk-Othmer, 1998; Ma, et al., 1996; Santacesaria, 1984; Tanabe y Holderich, 1999). Para evitar las limitaciones del equilibrio, se han utilizado diversos métodos, tales como el aumento de compatibilidad entre los reactantes (mayor temperatura, uso de agentes de actividad superficial y/o solventes), el uso de exceso de alguno de los reactivos, y la remoción selectiva de los productos (Anasthas y Gaikar,  2001; Armor,  2001; Groggins, 1958).

Una alternativa para promover la reacción es hacer uso de las propiedades de las resinas ácidas. Además de su actividad catalítica, exhiben una adsorción selectiva, permitiendo una relación de reactivos a sitios activos, muy diferente de la obtenida con catalizadores homogéneos convencionales.