ESTUDIO CINETI CO para la oxidación selectiva de ETANOL A ACETALDEHIDO

INGENIERIA QUIMICA

"ESTUDIO CINETI CO

para la oxidación selectiva de

ETANOL A ACETALDEHIDO"
FRANCISCO J. SANCHEZ C. M.Sc.
LUIS M. CARBALLO S. M.Sc. Ph.D.
Departamento de Ingeniería Química
Universidad Nacional de Colombia - Bogotá.

RESUMEN
e explica una metodología para efectuar el Desarrollo del Catalizador. Se hace una revisión bibliográfica, análisis termodinámico, patrones deactividad de catalizadores, pruebas preliminares. Con base en los resultados experimentales se plantea
un mecanismo de reacción y una expresión cinética para esta reacción.
Se demuestra que bajo las condiciones experimentales ensayadas los
efectos de Transferencia de masa y calor, no influyen en la cinética encontrada, por tal razón esta cinética corresponde a la cinética intrínseca.

SMARCO DE REFERENCIA
Esta investigación hace parte del programa ALCOHOLQUIMICA del Departamento de Ingeniería Química. Como primer objetivo busca formar un
grupo de Investigadores y adquirir conocimiento y destreza en la preparación de catalizadores, estudios cinéticos. Diseño, construcción, simulación y manejo de reactores catalíticos heterogéneos. Como segundo objetivo, el desarrollo detecnología para la producción de materias primas
Químicas actualmente inportadas al país, a partir de materias primas
disponibles en Colombia. Los materiales para la preparación de los catalizadores y la tecnología desarrollada, han de poder conseguirse e implementarse en nuestro medio.

INTRODUCCION

~Hr= ~Ho +

1. CH3-CH20H + 1/202 --CH3-CHO + H20 (principal).
2. CH3-CH20H+ 302-2C02 + 3H20(Competitiva).
1.2. Termodinámica

de la reacción.

a. Cálculo del Calor de reacción:
58 Ingeniería e Investigación

dT; ~CP = ~a-~bT

+ ~CT2

To

1. Análisis Termodinámico
1.1. Descripción Química. Se planean 63 reacciones
químicamente posibles. Por ensayos preliminares en
un reactor diferencial se detectaron en el cromatógrafo: Etileno, ácido acético, C02, H20 Acetaldehido, Acetatode Etilo, Carbón, éter etílico, metano; por esto
sólo a 12 de las reacciones que los producían se les
hizo análisis termodinámico. Se muestran aquí las dos
reacciones más importantes que suceden bajo las condiciones Experimentales:

J ~cp

b. Cálculo de Energía Libre:
~Go

=

~Ho - T ~So

Estos cálculos se hacen por contribución

de grupos.

Para la reacción principal se encontró:~Hr = 45123 Cal/gr.mol. (a 220 C)
~G = 47082 Cal/gr.mol. (a 220 C)
0

0

c. Energía de Activación: Ea = 12 Kcal/mol (reacción principal) dato bibliográfico. Ea= 6.73
Kcal/mol experimental.

INGENIERIA

d. Constante de equilibrio:
Keq = 45 - Xeq = 1 o sea que la reacción
principal es prácticamente irreversible.
e. Reacción Adiabática. Condiciones de Cálculo:
P = 1 at : (02) / [etOH ] en el alimento = 1
El 02 para la reacción proviené del aire.
Flujo 500 ml/min (de la bibliografía y ensayos
preliminares).
Experimentalmente se encuentra que:
JD = JH = 0.7 (Coeficientes de transferencia de masa y calor).
Por esto puede tomarse la ecuación:
Cb (-aHr)

=

JCP (aTmáx) -

aTmáx

=

393°C.

Para la reacción competitiva por encima de 300° C este
T adiabático davalores más altos. De lo anterior se
observa que la reacción es termodinámicamente posible y, puede lograr conversiones altas. Como la reacción principal y la competitiva son fuertemente exotérmicas y además el Tadiabático es alto, requiere que
el catalizador opere selectivamente a baja temperatura. También el proceso y el reactor deben ser tales
que se elimine rápida y efectivamente el calorproducido.
2. Catalizadores
Según el análisis anterior es necesario propender por
un catalizador que tenga altas la actividad catalítica y
la selectividad por debajo de 300° C. Debe tener una
conductividad térmica efectiva alta, por consiguiente
corresponde a un pellet pequeño, y poro grande. Esto
asegura un tiempo de residencia corto antes que se
dispare la reacción competitiva. Para...