Informe De Catalizador Femo 3a4v2d

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Obtención del acetaldehído a partir del etanol con catalizador de Fe-Mo en un reactor de lecho fijo

PRESENTADO A: 

Ing. Ore Vidalón Salvador

PRESENTADO POR: 

CANGALAYA GONZALES Yoselin (I.Q.A)



SIMEON NUÑEZ Yoselyn (I.Q.A.)

HUANCAYO, 2017

RESUMEN El trabajo se realizó en el LOPU de la facultad de ingeniería química de la UN, para la obtención del acetaldehído a partir del etanol con catalizadores de Fe-Mo y piedra pómez se utilizó el reactor de lecho fijo.se preparó el catalizador de Fe-Mo en una relación de 3:2 y se utilizó 260.3 g de catalizador. Para la producción del acetaldehído se utilizó 1200mL de etanol. Se observó en el rotámetro el flujo de aire entrante 0.95L/min y en un tiempo de 10 min se midió el volumen del producto obtenido (300ml) para poder hallar el flujo de etanol. La temperatura de ebullición que marcó el termómetro del evaporador para el etanol fue de 70°C, y la temperatura de ebullición teórica del etanol a 96% de pureza a 520mmHg es 69.077°C y se realizó la estequiometria de la reacción teniendo como reactivo en exceso al aire O2.

INTRODUCCCION Las materias primas para la obtención del acetaldehído dependen de los países, con influencia principal de factores económicos e históricos. En EE.UU., Gran Bretaña y Francia, todavía hasta mediados de los años sesenta, desempeñaron un gran papel los procesos de obtención que parten de etileno, con etanol como intermedio. En Alemania Federal e Italia, en cambio, se prefería la hidratación del acetileno por el elevado precio del etanol debido a las medidas fiscales. La oxidación de alcanos C3/C4 constituye otros posibles al acetaldehído, que hasta ahora sólo ha utilizado con una extensión limitada en los EE.UU. Sólo un 11% de la producción de acetaldehído procedía de la oxidación de mezclas de propano/butano en 1973. Con la oferta de etileno más barato, procedente de disociación de gas natural y nafta, por una parte, y el desarrollo de procesos industriales de oxidación directa por Wacker-Hoechst, de otra parte, los antiguos procesos fueron perdiendo importancia en años sucesivos. La obtención de acetaldehído basándose en acetileno, que en 1968 aún constituía en los EE.UU. el 7%, se ha suspendido. En el Japón también se cerraron en 1968 las últimas plantas basadas en acetileno. En cambio, actualmente, en este país el acetaldehído se obtiene exclusivamente por oxidación de etileno directa. Sin embargo, aún en 1976, había una capacidad (mundial) de 264 000 toneladas anuales de acetaldehído repartidas por todo el mundo (principalmente en los países de Europa oriental). En Alemania Federal la mayor parte de acetaldehído se obtiene a partir de etileno por el proceso Wacker-Hoechst. Únicamente la Veba tiene en función una instalación de 80 000 toneladas anuales para la deshidrogenación de etanol.

OBJETIVOS GENERALES 

Obtener el acetaldehído a partir de etanol en el FBCR

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar la temperatura de ebullición del etanol a 520mmHg teóricamente a 96% pureza



Determinar la estequiometria de la reacción



Determinar el reactivo en exceso



Conocer los métodos de obtención del acetaldehído



Determinar si hay algún efecto externo en el uso de este reactor de lecho fijo

MARCO TEORICO 1. ACETALDEHÍDO Es un líquido incoloro y volátil, con un penetrante olor a frutas. Es importante como intermedio en la fabricación de numerosos productos químicos, medicamentos y plásticos, incluidos el ácido acético, el butanol, el tricloroetanal, y la piridina. Es miscible con agua y con la mayoría de los disolventes orgánicos comunes 1.1 PROPIEDADES FÍSICAS 

Es líquido incoloro.



Se oxida con facilidad a ácido acético y es muy importante en síntesis orgánica.



Punto de ebullición: 20.2°C



Punto de fusión: -123°C



Densidad relativa (agua = 1): 0.78



Solubilidad en agua: miscible



Presión de vapor, kPa a 20°C: 101



Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.5



Punto de inflamación: -38 ºC c.c.



Temperatura de autoignición: 185°C



Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 4-60



Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0.63 .

La forma más habitual de obtener acetaldehído es el proceso Wacker, en el cual se hace burbujear etileno y oxígeno en una solución acidificada de PdCl2- CuCl2

1.2 MÉTODOS DE OBTENCIÓN DEL ACETALDEHÍDO A continuación se describen algunos de los métodos de producción del acetaldehído a partir de diferentes materias primeras. 1.2.1. FORMACIÓN DE ACETALDEHÍDO A PARTIR DE ETANOL El acetaldehído se puede obtener por deshidrogenación catalítica de etanol en forma análoga a la del formaldehído a partir de metanol. 𝐶3 𝐻5 𝑂𝐻 → 𝐶𝐻3 𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2 (∆𝐻 = +

20𝐾𝑐𝑎𝑙 ) 𝑚𝑜𝑙

Pero al contrario que para el metanol, no se emplea una oxidación. En lugar

de

ello,

son

corrientes

dos

modificaciones

de

la

deshidrogenación: a) Deshidrogenación sobre catalizadores de plata o preferentemente cobre: La deshidrogenación de etanol se realiza, por ejemplo, en EE.UU, predominantemente sobre catalizadores de Cu, que están activados con Zn, Co o Cr. Un proceso, utilizado muchas veces, procede de la “Carbide and Carbon Corp”. La temperatura se mantiene a 270300ºC, de forma que la conversión del etanol quede limitada al 3050%. Con ello se consigue una selectividad en acetaldehído del 90%. Como subproductos se obtienen acetato de etilo, alcoholes superiores y etileno. El hidrógeno que se produce simultáneamente se puede utilizar directamente para hidrogenaciones a causa de su pureza.

b) Deshidrogenación oxidante sobre catalizadores de plata en presencia de oxígeno: Se realiza la deshidrogenación del etanol en presencia de aire u O2, la combustión simultánea del hidrógeno formado proporciona el calor necesario para la deshidrogenación (oxido des-hidrogenación o deshidrogenación autotérmica): 𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻+0.5𝑂2 → 𝐶𝐻3 𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2 𝑂

∆𝐻 = −43

𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙

En los procesos industriales se prefieren para las oxido deshidrogenación catalizadores de plata en forma de redes metálicas o rellenos cristalinos. Los vapores de etanol mezclados con aire se dirigen sobre el catalizador a 3 bar y a 450-550 ºC. De acuerdo con la cantidad de aire se establece una temperatura a la cual el calor de oxidación

compensa

el

calor

necesario

para

la

1-10

deshidrogenación. Según la temperatura de reacción resulta una conversión de etanol del 30-50%, por paso, con una selectividad de un 85-97%. Como subproducto se obtiene acético, fórmico, acetato de etilo, CO y CO2. 1.2.2.

FORMACIÓN

DE

ACETALDEHÍDO

A

PARTIR

DE

ACETILENO En este proceso se usa un exceso de acetileno a temperatura elevada con

compuestos

de

mercurio

como

catalizadores,

donde

el

acetaldehído se va retirando inmediatamente del líquido de reacción. El calor de reacción es eliminado destilando una cantidad adecuada de agua. La desventaja es que la oxidación del acetaldehído (como reacción secundaria) genera ácido acético, dióxido de carbono y la reducción del Hg2+ genera el mercurio metálico. 1.2.3. FORMACIÓN DE ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN C3/C4 Según un proceso desarrollado por la Celanese, en EE.UU. desde 1943 se pueden oxidar el propano o las mezclas propano/butano en fase gaseosa, dando mezclas gaseosas que contienen acetaldehído. La reacción transcurre radicalmente sin empleo de catalizadores a

425-460ºC y 7-20 bar. Una variante de este proceso de oxidación de butano, de la Celanese, se pude realizar en fase líquida. Como oxidante se emplea aire u oxígeno. Alrededor del 15-20% del hidrocarburo se oxida totalmente. La mezcla de reacción compleja restante

contiene,

además

de

acetaldehído,

principalmente

formaldehído, metanol, acético, n-propanol, metiletilcetona, acetona y otros numerosos productos de oxidación inevitables. a) A partir del gas de síntesis: este proceso no se lleva a cabo a nivel industrial. La desventaja es que el acetaldehído se forma con baja selectividad y con un rendimiento aproximado del 30% del gas de síntesis junto con el ácido acético, etanol e hidrocarburos saturados (principalmente el metano). Como catalizadores se utiliza compuestos de cobalto y rodio activados por compuestos de yodo o cloruro de magnesio que se encuentran apoyados en un soporte de silicato 1:11 1.2.4. FORMACIÓN DE ACETALDEHÍDO A PARTIR DE ETILENO La producción industrial de acetaldehído es un proceso multifásico, es decir es un sistema de dos fases, gas y líquido. El etileno y oxígeno O2 se encuentran en fase gaseosa y reaccionan en una disolución clorhídrica acuosa de catalizadores en un reactor de burbujeo. Existen dos variantes en la producción de acetaldehído a partir de etileno: a) El proceso en una etapa: en donde en el mismo reactor se produce simultáneamente la reacción y regeneración. Como oxidante se utiliza O2. En el proceso de una etapa se insufla el etileno y el O2 a una presión de 4 bar y a una temperatura de 120-130ºC a través de la disolución catalítica. La conversión del etileno es de un 35-45% y el calor liberado en la reacción se emplea para destilar el acetaldehído, así como también el agua de la disolución de catalizador, que se evapora y mediante un circuito cerrado de en la zona de reacción se recircula al reacción. De esta forma se introducen en el ciclo unos 2.53 m3 de H2O por tonelada de acetaldehído producido. Para evitar un aumento de gases inertes en el reactor, lo cual conduciría a una

pérdida de etileno por expulsión, es necesario el empleo de O2 puro y etileno puro (del 99,9% en volumen). b) El proceso en dos etapas: en el cual la reacción y regeneración se realizan en dos reactores separados. En este proceso se utiliza aire como oxidante. En el proceso de dos etapas se hace reaccionar el etileno con la disolución catalítica a 105-110 ºC y 10 bars hasta casi su transformación total. Tras la expansión y destilación de la mezcla acetaldehído/agua, la disolución catalítica se pasa al reactor de oxidación y a 100 ºC y 10 bars se regenera con aire y, finalmente, se lleva de nuevo al reactor. Con esto se produce un consumo de O2 profundo del aire empleado y queda así un gas residual con un elevado contenido de N2 que se puede recuperar para su empleo como gas inerte. Frente a las ventajas de transformación completa del etileno y de utilizar aire, se tiene el inconveniente de inversiones elevadas para el sistema de doble reactor con empleo de altas presiones y trasvasado de catalizador. En ambos procesos el acetaldehído bruto acuoso o crudo se concentra y purifica por una destilación de dos etapas, que lo liberan de subproductos, como acético, aldehído protónico y compuestos clorados. En ambos casos las selectividades son prácticamente iguales al 94%. 1.3 APLICACIONES DEL ACETALDEHIDO El acetaldehído es un producto intermedio muy importante en la fabricación de ácido acético y del anhídrido acético. Estos productos encuentran una enorme aplicación industrial como agentes de acetilación para la obtención de ésteres, que son compuestos químicos que resultan de la reacción de un alcohol, fenol, o glicol con un ácido. Algunos de los ésteres que se derivan del ácido acético y los alcoholes apropiados son los llamados acetatos de metilo, etilo, propilo, isopropilo, isobutilo, amilo, isoamilo, n-octílo, feniletilo, etc. Estos productos son de olor agradable y se usan como saborizantes y perfumes. Los ésteres derivados del ácido acético también sirven como solventes para extraer la penicilina y otros antibióticos de sus productos

naturales. También se emplean como materia prima para la fabricación de pieles artificiales, tintas, cementos, películas fotográficas y fibras sintéticas como el acetato de celulosa y el acetato de vinilo. El acetaldehído no sólo sirve para fabricar ácido acético, sino que también es la materia prima para la producción de un gran número de productos químicos como el 2-etilhexanol, n-butanol, pentaeritrol, cloral, ácido cloroacético, piridinas, y ácido nicotínico. Estos petroquímicos secundarios

encuentran

múltiples

aplicaciones.

Por

ejemplo,

el

pentaeritrol sirve para fabricar lubricantes sintéticos, el cloral y el ácido cloroacético para hacer herbicidas, el 2-etilhexanol para hacer plastificantes. 2. ETANOL Es un alcohol que se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla azeotrópica. Es un líquido transparente e incoloro, con sabor a quemado y un olor agradable característico. Es conocido sencillamente con el nombre de alcohol. Su fórmula química es 𝐶𝐻3 𝐶𝐻2 𝑂𝐻 , principal producto de las bebidas alcohólicas. El etanol es el alcohol que se encuentra en bebidas como la cerveza, la sidra, el vino y el brandy. Debido a su bajo punto de congelación, ha sido empleado como fluido en termómetros para medir temperaturas inferiores al punto de congelación del mercurio, -40 °C, y como anticongelante en radiadores de automóviles. Normalmente el etanol se concentra por destilación de disoluciones diluidas. El de uso comercial contiene un 95% en volumen de etanol y un 5% de agua. Ciertos agentes deshidratantes extraen el agua residual y producen etanol absoluto. El etanol tiene un punto de fusión de -114,1°C, un punto de ebullición de 78,5°C y una densidad relativa de 0,789 a 20°C. 2.1 PROPIEDADES FÍSICAS 

Estado de agregación Líquido



Apariencia Incoloro



Densidad 810 kg/m3; (0,810 g/cm3)



Masa molecular 46,07 uma



Punto de fusión 158,9 K (-114,1 °C)



Punto de ebullición 351,6 K (78,6 °C)



Temperatura crítica 514 K (241 °C)



Presión crítica 63 atm.

2.2 PROPIEDADES QUÍMICAS 

Acidez



Solubilidad en agua miscible



KPS n/d



Termoquímica



H0 gas -235.3 kJ/mol



H0 líquido -277.6 kJ/mol



S0 líquido, 1 bar 161.21 Jmol-1 K-1



Valores en el SI y en condiciones normales



(0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.



Exenciones y referencias

2.3 OBTENCIÓN Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación azeotrópica en una mezcla con benceno o ciclo hexano. De estas mezclas se destila a temperaturas más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado actualmente es la absorción física mediante tamices moleculares. A escala de laboratorio también se pueden utilizar disecantes como el magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio. 2.4 APLICACIONES

El etanol es muy utilizado en la preparación de bebidas alcohólicas, en los sectores farmacéuticos e industriales, la industria química lo utiliza como compuesto de partida en la síntesis de diversos productos, como el acetato de etilo, el éter di etílico también se utiliza en la elaboración de perfumes y ambientadores. Se emplea como combustible industrial y doméstico. 3. CATÁLISIS HETEROGÉNEA es un término químico que describe la catálisis cuando el catalizador está en una fase diferente (es decir sólido, líquido y gas, pero también aceite y agua) a los reactivos. Los catalizadores heterogéneos proporcionan una superficie en la que pueda tener lugar la reacción. Para que la reacción se produzca, uno o más de los reactivos deben difundir a la superficie del catalizador y adsorberse en él. Después de la reacción, los productos deben desorberse de la superficie y difundir lejos de la superficie del sólido. Con frecuencia, este transporte de reactivos y productos de una fase a otra desempeña un papel dominante en la limitación de la velocidad de reacción. La comprensión de estos fenómenos de transporte y la química de superficies, como por ejemplo la dispersión, es un área importante de investigación de los catalizadores heterogéneos. El área de la superficie del catalizador también puede ser considerado. Los Silicatos mesoporosos, por ejemplo, han encontrado utilidad como catalizadores debido a que sus áreas superficiales puede ser de más de 1000 m2/g, lo que aumenta la probabilidad de que una molécula de reactivo en solución entre en o con la superficie del catalizador y se adsorba . Si no se tienen en cuenta las velocidades de difusión, las velocidades de reacción para varias reacciones en las superficies dependen únicamente de las constantes de velocidad y las concentraciones de los reactivos.

Los procesos catalíticos se clasifican en: homogéneos (soluto en fase líquida), y heterogéneos que, a su vez, podemos dividir en: - Catalizador líquido y reacciones en fase fluida (burbujas)

- Catalizador sólido: reacción en fase líquida (suspensión, lechos) reacción en fase gas (tubo relleno, móvil o fluidizado) Los catalizadores homogéneos y líquidos son ácidos, bases, compuestos organometálicos disueltos. En la frontera entre la catálisis homogénea y heterogénea se encuentran los coloides. Los catalizadores sólidos, o de o, son metales, óxidos y sales metálicas, organometálicos, yodo, azufre, carbón, sílice, alúmina, etc. Están también los catalizadores biológicos, basados en enzimas o bacterias, con interés industrial en fermentaciones (levaduras), fabricación de medicamentos y alimentos, eliminación de contaminantes, etc. Existen reacciones especiales como las autocatalíticas donde el catalizador se produce en el mismo proceso; y las fotoquímicas donde la energía de activación procede de la radiación UV/VIS, aunque el mecanismo no es propiamente catalítico. Los procesos heterogéneos son los más importantes, sobre todo para reacciones en fase gaseosa con catalizador sólido, y en particular compuestos metálicos; algunos ejemplos significativos son: la oxidación de óxido de azufre, síntesis de amoniaco y nítrico, craqueo de hidrocarburos, polimerizaciones, incineración catalítica, reducción selectiva de NOx, etc. TIPOS PRINCIPALES

REACCIONES

EJEMPLOS

CATALIZADAS Metálicos (Ni, Pd, Pt, Ag, Hidro-deshidrogenacion, Fe, Co, Mo)

combustión

Síntesis

de

NH3(Fe)

y

total, oxidación a NOx(Pt)

metanacion, oxidaciones Oxido

metal, Deshidrogenación,

Oxidación de SO2(V2O5)

semiconductor (Cr, V, Mo, oxidación, Hidrocloracion, Polimerización de etileno Zn, Ti, W) Óxidos

Polimerización metálicos Craqueo

aisladores (sílice, alúmina, alquilación, magnesia y mezclas)

(CrO3) catalítico, Reversión

gaseosa

hidratación- (aluminosilicato)

deshidratación

Hidratación

de

etileno

(H3PO4/SiO2) SALES

METALICAS Hidrodesulfuración,

Etileno(O2,HCl)

a

(CoS, NiS, CuCl2)

oxicloración

DCE(CuCl2)

4. REACTORES DE LECHO FIJO En los reactores de lecho fijo el catalizador permanece esencialmente estacionario (en tubos o bandejas) hasta su descarga o reactivación. 4.1 VENTAJAS 

La aproximación al flujo de pistón



Alta relación de catalizador a reactivos



Versatilidad de las condiciones operativas y tiempos de o



Posibilidad de altas presiones



Simplicidad y mantenimiento

4.2 EFECTOS EXTERNOS La baja conductividad térmica de los soportes cerámicos típicos hace que los tubos con unas pocas pulgadas se comporten de modo cuasi-adiabático (impidiendo el control de temperaturas en reacciones con elevado calor de reacción) y los sobrecalentamientos resultantes pueden degradar el catalizador o su selectividad. Otras limitaciones derivan de la resistencia a la compresión (peso del lecho). En estos reactores es importante maximizar la vida, resistencia y porosidad del catalizador, y minimizar la caída de presión y resistencia a la difusión en los poros, logrando el mejor compromiso entre estas características que suelen estar contrapuestas. Los dispositivos de lecho fijo son los reactores catalíticos que más se utilizan en la práctica. Si la eficacia de o es factor primordial resulta más adecuado el lecho fijo (flujo de pistón), mientras si lo es el control

estrecho de la temperatura de operación por explosividad o distribución del producto, será mejor el fluidizado; por otra parte, para reacciones rápidas superficiales, en que la difusión en poros y película pueden ser controlantes. El empleo de partículas pequeñas y o fluido-sólido vigoroso de los lechos fluidizados permitirán un uso más eficaz del catalizador, y si hemos de tratarlo con cierta frecuencia a causa de su rápida desactivación, el estado fluido facilita el bombeo de una unidad a otra.

4.3 PROCESO CON Fe-Mo A nivel Industrial existen dos procesos: Para obtener acetaldehído a partir de etanol CH3 - CH20H ---- CH3 - CHO + H2 (deshidrogenación-400°C) CH3 - CH20H + (Fe2 03/MO) ---- CH3-CHO + 220°C. H20 (Oxidación) CH3 - CH20H + (Ag / AgO)-------- CH3-CHO + H20 350° C (Oxidación). El proceso de deshidrogenación se escoge si se va a emplear el H2 para hidrogenar o generar energía por su combustión. Es un proceso que tiene alto consumo de energía (es endotérmico). El proceso de oxidación es el

más usado. En las primeras plantas de oxidación de alcoholes se utilizó como catalizador Ag20/ Cu. Actualmente en Colombia lo siguen empleando algunas industrias (Sucromiles,

Borden).

Las

plantas

modernas

(Pizzano)

emplean

ferromolibdeno. La Montedisor hace un estudio comparativo de los dos catalizadores y concluye que los catalizadores de Ferromolibdeno son mejores.

Dan

más

alta

productividad,

más

alta

resistencia

al

envenenamiento, más larga vida al catalizador, menos costo en la producción del catalizador, menos peligro de explosión o fuego pues manejan concentraciones bajas del alcohol en la mezcla alcohol/aire. Dan mayor selectividad (98% frente a 50%). menos temperatura de operación (220°C frente a 320°C). 5. DISEÑO DEL EQUIPO

5.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO  El Reactor catalítico a escala piloto está constituido por un evaporador, un precalentador, un reactor, un condensador y un tablero de control.  El evaporador consta de un termómetro para medir la temperatura optima de ebullición del reactivo, esta sobre una cocinilla para su evaporación.

 El precalentador tiene instalado dos resistencias las cuales sirven para incrementar la temperatura del fluido de alimentación, en el cual ingresa la mezcla de etanol y oxigeno (aire) para llevarlo hasta una temperatura de 200 ºC para pasar luego al reactor, a la vez está conectado a un rotámetro para medir el flujo de aire entrante.  El reactor en su interior tiene un lecho empacado (gránulos de pellets), consta de una capa de aislante térmico (fibra de vidrio) y para el control de las temperaturas consta de cinco termocuplas instaladas de manera equidistante y tres resistencias que sirven para mantener una temperatura de trabajo de 250 ºC, para finalmente obtener, el producto que se encuentra en fase gaseosa que es condensado en el matraz en el que se atrapa al acetaldehído y los otros gases se hace burbujear en agua, siendo el acetaldehído un compuesto volátil se le mantiene al matraz sumergido en un recipiente con agua a 4.5°C.  El tablero de control está distribuido en tres partes: precalentador, evaporador (defectuoso) y reactor.  El precalentador y el reactor de lecho fijo tiene un interruptor para las resistencias, un control digital para graduar las temperaturas y leer los registros de las termocuplas en el tablero de control.

PARTE EXPERIMENTAL 1. PROCEDIMIENTO  Se preparó 294.7g del catalizador Fe-Mo en una relación de 3:2 y absorbidos por la piedra pómez en partículas de tamaño no mayor a 0.5 cm, se utilizó 260.3g y sobró 34.4g  Este catalizador fue depositado hasta la altura dentro del reactor de lecho fijo  Se llenó en el evaporador 1200ml de etanol 96% pureza y se colocó sobre la cocinilla para llevar a la temperatura de ebullición 70°C  Se prendió el de control y se estableció la temperatura deseada 200°C del precalentador y 300°C en el reactor.  se abrió la llave de entrada del fluido del aire y del etanol para que en la temperatura establecida ingrese dichos componentes al precalentador.  El etanol paso por la parte superior del reactor, donde se dió la reacción.

 Luego paso por el condensador para obtener por la parte inferior el acetaldehído en líquido en un matraz de dos bocas, con la finalidad de alimentar el producto por una de sus bocas y los gases que puedan pasar por la otra boca.  Se activa un cronometro en el instante del burbujeo saliente del condensador.  Alrededor del matraz se colocó un recipiente con agua a 4.5°C para evitar que el acetaldehído se evapore o se desestabilice  Se determinó un tiempo de 10 minutos y se extrae el producto.  Se midió el volumen del producto para poder sacar un promedio del flujo del etanol entrante y así poder saber cuál es el reactivo limitante y en exceso.

2. CALCULOS 2.1. Calcular el reactivo en exceso 𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻+𝑂2

𝐹𝑒𝑆𝑂4 𝐶𝐻3 𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2 𝑂 𝑁𝐻4 𝑀𝑜7 𝐶24

Relación estequiometricamente es 1:1 Flujo del aire: 0.95 L/min Flujo etanol: 0.03 L/min Para hallar el reactivo limitante y en exceso Volumen

Temperatura

Presión

(L)

(K)

(atm)

Etanol

0.03

343

0.684

Aire

0.95

293

0.684

O2 Calculando el número de moles del etanol 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 0.684 × 0.03 = 𝑛 × 0.0821 × 343 𝑛 = 0.000729𝑚𝑜𝑙 Calculando el número de moles del aire

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 0.684 × 0.95 = 𝑛 × 0.0821 × 293 𝑛 = 0.027𝑚𝑜𝑙 ∴ 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑂2

2.2. Calcular la temperatura de ebullición del etanol a una presión de 520mmHg Para hallar la temperatura de ebullición se utilizó la tabla de “data bank” para el etanol y se trabajó con la ecuación 1 de presión de vapor para un compuesto químico en Excel Convirtiendo mmHg a bar 520𝑚𝑚𝐻𝑔 ×

1.01325 𝑏𝑎𝑟 = 0.693 𝑏𝑎𝑟 760𝑚𝑚𝐻𝑔

Ecuación 1: 𝑃𝑣𝑝 ln ( ) = (1 − 𝑥)−1 ((𝑉𝑃𝐴)𝑥 + (𝑉𝑃𝐵)𝑥1.5 + (𝑉𝑃𝐶)𝑥 3 + (𝑉𝑃𝐷)𝑥 6 ) 𝑝𝑐 𝑥 = 1−

𝑇 𝑇𝑐

Datos y resultados: etanol

T deseada 342.068827

A

B

C

D

Tc

P bar

Pc

-8.51838

0.34163

-5.73683

8.32581

513.9

0.693

61.4

x=1-T/Tc kelvin

X

LNpvp/pc=(1-x)^-1(vpaX-vpbX^1.5+vpcX^3+vpdX^6)

69.0688267 Celsius 0.33436695 -4.48450507

Se insertó en Excel los datos de VP, Tc, Pc para el etanol

Lnpvp/pc

-4.48413511

Se insertó la ecuación 1 para una temperatura cualquiera, y se ajustó con “análisis de hipótesis” – “buscar objetivo”

Se hace clic en aceptar, y el valor se ajusta para Ln(pvp/pc) para hallar la temperatura de ebullición a dicha presión de 520mmHg

etanol

T deseada

A

B

C

D

Tc

P bar

Pc

-8,51838

0,34163

-5,73683

8,32581

513,9

0,693

61,4

x=1-T/Tc

342,077449

kelvin

X

LNpvp/pc=(1-x)^-1(vpaX-vpbX^1.5+vpcX^3+vpdX^6)

Lnpvp/pc

69,0774488

celcius

0,33435017

-4,48414156

-4,48413511

Por lo tanto la temperatura a 96% del etanol es 69.027°C Para comprobar los cálculos este es el siguiente link que encontré en internet http://vlecalc.com/phase_diagram.html?numOfC=2&compnames=1&Comp1=5&Com p2=4&Comp3=2&VLEMode=isobaric&VLEType=xyT&numberForVLE=0.693 2.3 EFECTOS EXTERNOS La velocidad de reacción catalítica se ve afectada por la concentración del catalizador y si ésta es diferente la constante de velocidad estaría en relación de la la constante de velocidad ideal y de la constante de transferencia de masa 1 1 1 = + 𝑘𝑜 𝑘 𝑘𝑚. 𝑎𝑚 𝑟𝑝 = 𝑘𝑜. 𝐶𝑏 𝐶𝑏: 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜𝑠 𝑘𝑚: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑠𝑛𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑎 si Cb-Cs=0 se dice que el efecto externo es despreciable CONCLUSIONES 

Se determinó que la temperatura de ebullición del etanol a 520mmHg teóricamente a 96% pureza es 69.027 °C



Se determinó la estequiometria de la reacción



Se determinó que el reactivo en exceso es el aire O2



Se estudió los métodos de obtención del acetaldehído



Determinar algunos efectos externos en el uso de este reactor de lecho fijo como la baja conductividad térmica de los soportes cerámicos típicos que se comportan cuasi adiabáticos y hay variación de temperatura y los sobrecalentamientos que impiden una buena eficiencia del catalizador.

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ANEXOS