Estudio de la síntesis de acetato de butilo 3. Análisis de adsorción sobre el catalizador

A study of butyl acetate synthesis 3. Analysing adsorption on catalyst

Es este trabajo se realizó un estudio de la adsorción del sistema reactivo: ácido acético - n-butanol - acetato de butilo - agua, en fase liquida y presión de 0.76 Bar, sobre una resina de intercambio catiónico (Bayer® Lewatit K- 2431). Se verificó la distribución de tamaño de partícula del sólido y se observó bala dispersión con un 86% de la masa entre mallas 20 y 30. El sólido seco presenta una distribución binodal con un 40% por encima de la malla 25 y un 45% entre las mallas 25 y 40. Se desarrollaron pruebas de hinchamiento de la resina en los componentes puros y en mezclas binarias no reactivas, y se observó un aumento en el volumen de la matriz entre 2,2 y 3,8 veces. Se notó una adsorción selectiva en el sistema reactivo en el orden: agua > n-butanol ácido > acetato. Se evaluaron dos modelos de tipo ideal y no-ideal para cuantificar la adsorción a través de una isoterma compuesta, demostrando la debilidad de los modelos teóricos para representar la adsorción en matrices poliméricas iónicas. Finalmente, se desarrollaron ensayos de caracterización calorimétrica del catalizador hinchado, y se reconoció a través del análisis del espectro IR un cambio en la estructura del sólido debido al tratamiento térmico.

Introducción

El acetato de butilo es uno de los solventes más utiliza dos 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, además de las nuevas tecnologías desarrolladas para su producción (destilación reactiva: Gangadwala et al., 2004; Hanika et al., 1999, 2003; Steinigeweg 2002; Venimadhavan et al., 1999; Wang et al., 2003; Zhicai et al., 1998. preevaporación: Liu et al., 2001). En general, las reacciones de esterificación son aceleradas con catalizadores ácidos fuertes, y su conversión está limitada por el equilibrio químico (Dhanuka et al., 1977; Orjuela et al.., 2003, 2004, 2005). Entre los catalizadores heterogéneos más utilizados (como reemplazo de los ácidos minerales), se encentran las resinas de intercambio catiónico, sólidos fuertemente ácidos, sintetizados a través de la copolimerización de monómeros aromáticos ramificados y/o acrílicos, y activados a través de procesos tales como la sulfonación (Bayer, A.G., 2001; Coutinho et al., 2004; Harmer, 2001; Matatov, 2002; Rhodes, 1999).

Durante el proceso catalítico heterogéneo se presenta la confluencia de varios fenómenos de transporte (Bayer, A.G., 2001; Corain et al., 2001; Kippling, 1965), y en el caso particular de las resinas ácidas, el carácter hidrofílico de los grupos sulfónicos, y el hidrofóbico de las cadenas aromáticas y alifáticas dentro de la estructura polimérica, da como resultado un medio complejo y heterogéneo que condiciona los procesos de transferencia de masa. Este hecho hace que el medio sea afectado por cambios en la polaridad y la temperatura del sistema, los cuales indudablemente se producen debido a la energía suministrada para alcanzar la activación de la reacción, las entalpías de adsorción y reacción, y la variación de concentración de los reactantes y productos de naturaleza físico-química diferente.