Obtención de mapas de curvas residuales para la síntesis de acetato de butilo

Constructing residue curve maps for butyl acetate synthesis

Es este trabajo se adelantó un estudio en la escala de laboratorio de la síntesis acetato de n-butilo en fase líquida (P_atm = 560 mmHg), en operación simultánea de reacción y destilación (destilación reactiva batch), utilizando una resina de intercambio catiónico (Lewatit K-2431) como catalizador. Por medio de la construcción experimental de curvas residuales, utilizando diferentes cargas de catalizador, se determinaron las condiciones para las cuales la operación está limitada por el equilibrio químico de la reacción (régimen de equilibrio) y no por efectos cinéticos (régimen cinético). Finalmente, se estableció la factibilidad de implementación del proceso de esterificación a través de un arreglo de reacción-separación simultánea. En dicho proceso se podría obtener el acetato de n-butilo puro como producto de fondos de una columna de destilación reactiva, sobrepasando las limitantes de conversión del sistema reactivo.

Introducción

En los últimos años se ha generado un gran interés por los procesos de transformación amigables con el ambiente,  que al mismo tiempo redunden en  beneficios  económicos para las industrias. Entre las tecnologías más estudiadas se encuentran los reactores multifuncionales,  unidades que integran simultáneamente dos o más etapas de reacción y/o separación. En la Tabla 1 se presenta una recopilación de los procesos integrados más comunes (Bianchi et al., 2003; Krishna, 2002; Kulprathipanja, 2000). En este tipo de unidades se aprovecha la remoción selectiva de los productos de una reacción química para lograr mayores conversiones y selectividades al producto de interés, con el subsiguiente ahorro energético y de  materias primas, y la disminución en el costo de las operaciones de separación y purificación.

De las tecnologías promisorias, la destilación reactiva (DR) es la de más rápido crecimiento. La designación de DR cubre en un sentido amplio la concurrencia en una misma unidad de la reacción y la destilación, y comprende procesos que pueden o no requerir el uso  de  catalizadores.  La  posibilidad de hacer simultáneamente reacción  y  destilación  ha  captado la imaginación de muchos y, aunque no es novedosa, recientemente ha sido objeto de gran producción  científica  (Bianchi et al., 2003; Agreda  et al.,  1990;  Doherty,  2001;  Hiwale  et al., 2004; Schoenmakers, 2003; Stichlmair, 1999; Taylor, 2000; Tuchlenski et al., 2001).

Pese al reciente interés sobre estas operaciones, las labores dirigidas al diseño de procesos industriales en configuraciones de DR, aún se encuentran en construcción. Sin embargo, ya existen algunas estructuras metodológicas del diseño conceptual que permiten, para arreglos de reacción-destilación simultánea, establecer la factibilidad del proceso y la selección entre diversas alternativas posibles (Krishna, 2002; Schembecker, 2003; Doherty, 2001;

Stichlmair, 1999; Frey, 1999; Giessler  et  al.,  1999).  Una  de las herramientas utilizadas para este propósito es la interpretación del proceso a través de los mapas de cur vas residuales. Estas corresponden a las trayectorias de composición (ubicadas dentro de un diagrama de  fases) que sigue el líquido remanente en el rehervidor (residuo), durante una operación de destilación simple, cuando el vapor generado se retira.