Modelo cinético de dos fases para la epoxidación de aceite de soya

Two-phase kinetic model for epoxidation of soybean oil

Se implementa un modelo cinético de dos fases para el análisis de un proceso convencional de epoxidación, utilizando un ácido percarboxílico generado in situ mediante la adición de peróxido de hidrógeno, en un sistema de dos fases usando un catalizador homogéneo. Los datos obtenidos se ajustan mediante el método de mínimos cuadrados (obteniendo un coeficiente de correlación de 0,88). En general, la simulación predice cercanamente los valores de contenido de oxígeno oxirano, en especial durante la primera etapa de reacción, y una desviación hacia el final de la epoxidación debida posiblemente a las múltiples reacciones de degradación.

Introducción

La epoxidación convencional de aceites vegetales por medio de catálisis homogénea se lleva a cabo en un sistema de dos fases (Figura 1). Mediante la adición de peróxido de hidrógeno y un ácido carboxílico, comúnmente ácido acético (AA), se genera el perácido (PAA) en la fase acuosa. Esta especie debe transferirse hacia la fase orgánica, donde toma lugar la reacción de epoxidación luego  de lo cual, debido a la reactividad del anillo oxirano, pueden presentarse múltiples reacciones de degradación. El paso limitante en  la cinética de reacción es la formación del PAA (Rangarajan et al., 1995) lo que aumenta significativamente los tiempos de reacción. Las condiciones de reacción deben ser escogidas con el fin de alcanzar el máximo rendimiento hacia epóxido, especialmente si el producto va a ser utilizado en posteriores transformaciones químicas, evitando separaciones de los subproductos (Petrović et al., 2002).

En la literatura se describe la existencia de gran variedad de reacciones que puede sufrir el anillo oxirano (Campanella y Baltanás, 2004, 2005, 2006; Petrović et al., 2002). Diferentes estudios de degradación del grupo oxirano buscan obtener las constantes cinéticas, los coeficientes de transferencia de masa y las energías de activación correspondientes a las reacciones involucradas, para proponer diferentes modelos cinéticos (Sinadinović -Fišer et al., 2001; Kuo y Chou, 1987; Musante et al., 2000; Rangarajan et al., 1995;), teniendo en cuenta el  tipo  de  catalizador,  la  solubilidad  de las especies presentes en cada una de las fases y los problemas difusionales propios del sistema en consideración. Recientemente, sólo unos estudios se han centrado en la cinética de epoxidación: con varios aceites vegetales (Cai Chuanshang et al., 2008), diferentes derivados del aceite de soya (Campanella A. et al., 2008), y uso de resinas de intercambio iónico (Goud Vaibhav V. et al., 2007).