Modelamiento de un reactor monolítico tipo espuma para la síntesis de cetenas

Modelling of synthesis of ketene on a foam monolith reactor

Este trabajo propone un modelo de base fenomenológica para la síntesis catalítica de cetena a partir de ácido acético sobre monolitos tipo espuma funcionalizados con sílice basado en información experimental propia y en técnicas convencionales de modelamiento y ajuste de parámetros de reactores de lecho fijo. Durante la síntesis se llevan a cabo reacciones competitivas entre sí, donde la deshidratación del ácido es la fuente de formación de cetena. Se diseñó un trabajo experimental preliminar para determinar las condiciones generales en que se desarrolla esta síntesis. Dicha experimentación consistió en: 1) experimentos en ausencia de reacción química para la estimación de los parámetros de transporte de calor, 2) experimentos aplicando el criterio de Koros-Nowak para determinar la presencia de limitaciones difusionales externas, 3) experimentos en presencia de reacción química para la estimación de los parámetros cinéticos de la mencionada red de reacciones. Las dos primeras partes de los experimentos permitieron deducir que el modelo más adecuado para representar el reactor monolítico tipo espuma es un modelo bidimensional no isotérmico seudo-homogéneo. Este modelo de reactor se acopló a un modelo cinético teniendo en cuenta las tres reacciones principales (deshidratación, descarboxilación y cetonización del ácido). Al modelo resultante, un sistema de ecuaciones diferenciales parciales, se le aplicó un procedimiento de ajuste de sus seis parámetros cinéticos y cuatro parámetros térmicos desconocidos. Los resultados mostraron que el ajuste de los parámetros fue aceptable y que el modelo 2D propuesto es adecuado para representar la conversión, selectividad y el perfil de temperatura dentro del monolito. Si bien este modelo no es completamente fenomenológico por que posee parámetros ajustables, al menos, aquí se demuestra que las metodologías convencionales de reactores son aplicables a monolitos de sílice.

Introducción

La síntesis de cetena a partir de ácido acético ha sido estudiada tanto en fase homogénea como en fase heterogénea. Se ha comprobado experimentalmente que la deshidratación de ácido acético (Ec. 1) puede ir acompañada de un sistema de reacciones en serie y paralelo tales como la descarboxilación (Ec. 2), la cetonización del ácido (Ec. 3), la formación de anhídrido acético (Ec. 4), la descomposición de la cetenas hacia coque (Ec.5) y hacia etileno (Ec. 6).

1. CH₃COOH↔H₂COO+H₂O
2. CH₃COOH→CO₂+CH₄
3. 2CH₃COOH→(CH₃)₂ CO+CO₂+H₂O
4. CH₃COOH+H₂CCO→(CH₃CO)₂O
5. 2H₂CCO→CH₄+C+2CO
6. 2H₂CCO→C₂H₄+2CO