acetaldehido

“INGENIERIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS II”

INTRODUCCIÓN

El presente informe que mostramos a continuación trata acerca de la Obtención del Acetaldehído por oxidación selectiva a partir del etanol. El medio de obtención es por oxidación de alcohol en el reactor de lecho fijo.

Además presentamos los conocimientos básicos acerca del acetaldehído, sus propiedades físicas, químicas y termodinámicas. También presentamos diferentes formas de obtención, métodos de reconocimiento y de las diversas aplicaciones que tiene el producto obtenido.

La mayor parte de aplicaciones es usado como producto intermedio en la producción de ácido acético, en anhídrido acético, acetato de etilo, alcohol metílico, etc.

Los Alumnos

“OBTENCIÓN DE ACETALDEHIDO” F.I.Q.


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Obtener acetaldehído por oxidación del alcohol etílico utilizando como catalizador el Oxido de Zinc soportado en Alúmina

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Emplear el reactor catalítico de lecho fijo para oxidar el alcohol etílico

Determinar los flujos estequiométricos de la reacción etanol-aire

Realizar el diagrama de flujo (Falta realizar) Analizar cualitativamente el producto obtenido (Falta Realizar)



OBTENCIÓN DE ACETALDEHÍDO POR OXIDACIÓN DEL ALCOHOL ETÍLICO UTILIZANDO COMO CATALIZADOR OXIDO DE ZINC

SOPORTADO EN ALÚMINA

I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.

I.1. CATÁLISIS

Se da el nombre de catálisis a la variación en la velocidad de una reacción química, que pueden o no cambiar su naturaleza química por la sola presencia de alguna sustancia que aparece inalterad a en los productos de reacción a las sustancia que aparece inalterada en los productos de reacción a las sustancias que tienen esta propiedad se les da este nombre de catalizadores, y de las reacciones que se efectúan en presencia de estos se dice que son reacciones catalíticas. La variación en la velocidad de reacción por los catalizadores puede ser positiva (aceleración) o negativo (retardación).

Catalizador que se altera y la cantidad de reactante convertido en un tiempo determinado. Es también de notar que, como el catalizador no altera el equilibrio, se aceleran en igual proporción la reacción directa e inversa.

I.2. CATÁLISIS HETEROGÉNEA

Se denomina así porque el catalizador y los reactantes pertenecen a fases diferentes. Los sistemas siguientes son los más comunes: sólido y gas; sólido y líquido; liquido y gas;



líquido y líquido (inmiscibles); en cada caso se menciona primero la fase del catalizador. A las dos primeras combinaciones se les da ordinariamente el nombre de catálisis por contacto.

I.2.1.MECANISMOS DE LA CATÁLISIS HETEROGÉNEA

Según Sergio E. Droguett pueden distinguirse las siguientes etapas en la reacción gas-sólido: Difusión de las moléculas de reactivos desde la

masa gaseosa hasta las proximidades superficiales externas del sólido.

Difusión o penetración de los reactivos a través de

los poros del sólido hasta sitios de reacción.

Adsorción de los reactores en la superficie del sólido

Reacción química en la superficie

Desorción de los productos desde la superficie

hasta la fase gaseosa.

Difusión o salida de las moléculas producto desde el

interior de los poros hacia el exterior.

Difusión de los productos hacia la masa gaseosa

Según Kirk y Othmer, la catálisis heterogénea ocurre por el siguiente mecanismo

a) ADSORCIÓN



La adsorción de moléculas gaseosas o líquidas por un cuerpo sólido se puede explicar por medio de fenómenos básicos de superficie. Los átomos de la red espacial de un cuerpo sólidos situado dentro del cuerpo tienen saturados cinéticamente con respecto a los átomos laterales e internos. En consecuencia, la adsorción de gases en la superficie se debe a las fuerzas de valencia que resultan de la instauración de los átomos superficiales. Puesto que la adsorción se efectúa con generación de calor, la cantidad de gas absorbido debería disminuir continuamente al aumentar la temperatura. La adsorción física se caracteriza por lo siguiente:1. La adsorción está en razón inversa de la

temperatura.2. Los gases fáciles de licuar son fácilmente

absorbidos 3. Los calores de adsorción física son de la misma

magnitud (1 a 10 kilocalorías)4. Se obtiene rápidamente el equilibrio y hay

reversibilidad. Según todas las probabilidades, las fuerzas que participan en la adsorción física son de naturaleza Vander Waals débil. La segunda clase de adsorción, que desempeña papel importante en la catálisis heterogénea, es la adsorción química o activada, que se caracteriza por lo siguiente:



1. En general, la adsorción tiene una temperatura máxima

2. La adsorción de gases licuados no son fácilmente adsorbidos.

3. De ordinario son lentas la producción del equilibrio y la reacción reversible.

4. Son altos los calores de adsorción (10 a 100 kilocalorías) y comparables en magnitud a los calores de reacción química.

Se ha identificado la superficie de un catalizador sólido en un sistema gaseoso como el asiento de acción catalítica y se ha reconocido la adsorción química en la superficie como un paso previo indispensable para una reacción catalítica heterogénea.

La adsorción no es el único que complica el mecanismo de la catálisis heterogénea. Los pasos necesarios en una reacción de catálisis heterogénea son: El traslado en masa de reactantes a la superficie

exterior bruta de la partícula del catalizador y la salida de los productos de la superficie sólida al cuero del líquido.

El traslado difusional y el flujo de reactantes hacia el interior de la estructura porosa de la partícula del catalizador, y la salid por iguales medios de los productos de reacción.



La adsorción activada de los reactantes y la desorción de productos en la interfase catalítica.

La reacción superficial de reactantes absorbidos para formar productos adsorbidos químicamente.

b) FACTOR GEOMÉTRICO Las investigaciones experimentales indican que

hay cierta correlación entre la actividad del

catalizador y en las relaciones especiales de la

molécula reactante y de la red cristalina del

catalizador.

La deshidrogenación catalítica se efectúa

cuando un grupo de átomos superficiales

debidamente espaciados y de la actividad necesaria

absorbe el reactante en una posición exactamente

orientada. A esta interpretación se le dio el nombre

de hipótesis de los múltiples en virtud de la acción

simultánea de varios átomos superficiales.

Se ha pensado en una posible relación entre el magnetismo y la catálisis.

No cabe duda de que la propiedad catalítica y las propiedades magnéticas coexisten a menudo.



Según la llamada “Teoría electrónica de la

catálisis” propuesta por Sxhwab se explica la

activación catalítica por transición de los electrones

de los reactantes al catalizador metálico.

I.3. ACETALDEHÍDO

I.4. ALCOHOL ETÍLICO

(Ethyl alcohol). (Alcohol; alcohol de cereales; etanol; EtOH) C2H5OH.

I.4.1.PROPIEDADES: (96%) (ALCOHOL INDUSTRIAL )

Ind. Ref. 1.3651 (15°C); tensión superficial, 22.8

dinas/cm (20°C); viscosidad, 0.0141 poises (20°C);

presión de vapor, 43 mm (20°C); calor específico, 0.618

calorías/g (23°C); punto de inflamación, 14°C; p. E.,

0.816 (15.56°C); p.eb., 78°C; p. C., -114°C. Temp.

Autoignición 422.7°C.

Además los alcoholes son compuestos covalentes

polares, es un líquido incoloro, limpio y volátil de sabor

picante, el alcohol anhidro es miscible en todas

proporciones con el agua.



I.4.2.OBTENCIÓN

a) A partir del etileno por hidratación catalítica directa

o por medio del sulfato de etilo como producto

intermedio del sulfato de etilo como producto

intermedio

b) Por fermentación de melazas de mieles pobres.

I.4.3.CALIDADES

U.S.P. (95% por volumen); absoluto; puro;

desnaturalizado; espíritus de colonia; diversas

graduaciones, como p.ej. 190 grados.

NOTA: la mitad del número de esta graduación da el

1% de alcohol etílico presente en la mezcla.

I.4.4.ENVASES

Barriles, camiones y vagones cisterna.

I.4.5.PELIGROS

Inflamable, peligroso riesgo de incendio. Límites de

inflamabilidad en el aire, 3.3 a 19% . Tolerancia, 1000

ppm en el aire. Veneno no acumulativo; puede tener

efectos tóxicos y narcóticos por ingestión.



I.4.6.USOS

Disolvente para resinas, grasas, aceites ácidos grasos,

hidrocarburos, hidróxidos alcalinos; medio de

extracción; fabricación de intermedios; derivados

orgánicos (especialmente acetaldehído), colorantes,

drogas sintéticas; elastómeros; detergentes; soluciones

para limpieza; revestimientos; cosméticos; productos

farmacéuticos; explosivos; anticongelantes; bebidas;

antisépticos; medicina.

I.5. OXIGENO Es el elemento numero ocho de la tabla periódica, con masa atómica 16, fue descubierto por Priestley en 1772 por calcinación de nitrato de potasio. A partir de esto Lavoisier estableció, sus propiedades en la combustión y en la respiración.

1.5.1. PROPIEDADES FÍSICAS- Casi incoloro- Densidad 1.05 g/ml- No se licua hasta 183 °C- Poco soluble en agua- Muy electronegativo



I.6. REACCIONES QUÍMICAS PARA EL RECONOCIMIENTO DE

ACETALDEHÍDO

I.6.1.REACCIÓN DE FEHLING.Para oxidar acetaldehído por medio de la solución alcalina de iones cúprico, se utilizan dos soluciones, una de sulfato de cobre y otra de tartrato de sodio y potasio e hidróxido de sodio.

La solución de sulfato de cobre se comporta como una solución de oxido cúprico (CuO), el cual oxida al grupo aldehído a grupos carboxílico y se reduce a oxido cuproso (Cu2O), que es un de un color rojo ladrillo, la reacción es la siguiente:

CH3 CHO + 2Cu++ + 5OH CH3 C O + Cu2O + 3H2O

Si al efectuar el ensayo aparece la coloración rojo ladrillo, se puede confirmar la presencia de acetaldehído.

I.6.2. REACCIÓN DE TOLLENSEl reactivo de Tollens es una solución amoniacal de nitrato de palta, la cual se prepara agregando suficiente amoniaco a la solución de nitrato de plata, con la cual se forma el complejo argento amoniacal.



Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+

Este complejo se comporta como un agente débilmente oxidante y cuando reacciona con reductores fuertes, domo en el caso del acetaldehído, la plata se deposita en forma de metal sobre las paredes del recipiente, según la reacción general:

CH3 C H + 2Ag(NH3)2+ + 3OH CH3 C O + Ag + 4NH3 + 2H2O

II. PARTE EXPERIMENTAL

II.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ACETALDEHÍDO

El acetaldehído se puede obtener en el laboratorio oxidando C2H2OH en presencia de catalizadores en nuestro caso el Oxido de Zinc (Zn O) soportado en alúmina mediante la siguiente reacción.

CH3 CH2OH + ½ O CH3 CHO + H2O

II.2. MECANISMO DE REACCIÓN

La mayoría de procesos catalíticos industriales

importantes ocurren en una interfase gas-sólido. El


Zn O


mecanismo de estas reacciones esta basado en la teoría

propuesta por Longmuir en 1916. Este sugirió que el proceso

ocurre en la forma siguiente:

a) Movimiento de las moléculas gaseosas hacia la superficie por convección o difusión

R (sorbato)

000000000

.............................C (absorbente)

b) Flujo de reactivos por los poros de la sustancia catalítica

c) Absorción de las moléculas del reactivo sobre la superficie.

Esta absorción se produce mediante un fuerte enlace

químico y se conoce como quimiosorción

R (sorbato)

000000000

.............................C (absorbente)


Corriente

R C


d) Tiene lugar una reacción elemental entre las moléculas

absorbidas, o entre moléculas absorbidas o moléculas en

fase gaseosa.

............................. C (absorbente)

e) Desorción de las superficies de las moléculas producto

............................. C (absorbente)

f) Flujo de productos a través de los poros de la sustancia catalítica.

g) Movimiento de las moléculas gaseosas desde la región superficial mediante convección o difusión.


F

FO P


.............................

Donde:R: Reactivos (etanol y oxigeno)C: Catalizador (Oxido de Zinc)P: Productos (acetaldehído, agua)1) CH3 CH2OH + ½ O CH3 CH2O (C) ½ O F1

2) CH3 CH2OH (C) ½ O CH3 CHO + H2O + (C) F2

CH3 CH2OH + ½ (C) CH3 CHO + H2O + (C) F

Donde:(C): Catalizador sólido Oxido de Zinc

F1 y F : Energía libre de activación para cada uno de los

pasos en el mecanismo de reacción.

F : Energía libre de activación total para la reacción

F2 y F1 : menor que F

II.3. MATERIALES Y REACTIVOS

II.3.1. EQUIPOS: Reactor A nivel de banco: evaporador,

precalentador, reactor tubular, condensador

Comprensora“OBTENCIÓN DE ACETALDEHIDO” F.I.Q.

Corriente P


Refrigerante

II.3.2. MATERIALES Balón de destilación

Trama de gases

Cocinilla eléctrica

Cronometro

Comprensora

II.4. CALCULOS

a) ESTEQUIOMETRÍA

nC2H5OH 9.23 x 10-3 mol-gr C2H5OH

nO2- est = 9.23 x 10-3 mol-grC2H5OH 4.62 x 10-3 mol-gr O2

nO2- ali = 0.014 mol-gr O2/min

b) % DE EXCESO DE OXIGENO



VH2O = 152 ml H2O

= 51.46 ml H2O

c) FLUJO MOLAR DE AIRE

d) FLUJO MOLAR DE O2

9.37 x 10-3

e) FLUJO MOLAR DE ETANOL

f C2H5OH =



f) RELACIÓN MOLAR DE ALIMENTACIÓN

g) FLUJO MOLAR DE AGUA

h) FLUJO MOLAR DE ALIMENTACIÓN

i) PRESIÓN PARCIAL DE ETANOL



Fracción molar del etanol

j) PRESIÓN PARCIAL DE OXIGENO

Fracción molar del oxigeno



CONCLUSIONES

1. Se obtuvo acetaldehído por oxidación del

alcohol etílico utilizando como catalizador el Oxido de Zinc

soportado en alúmina

2. La cantidad de oxigeno utilizado es:

3. Los moles de etanol que ingresa a la

reacción es de :



BIBLIOGRAFIA

SMITH. J. M, Walter P. Murphy, Ingeniería de la Cinética Química, Ediciones Mc Graw-Hill Book Company INC. México - 1968.

OCTAVE, Levenspiel. Ingeniería de las reacciones químicas. Editorial Reverte, España, 1981

CHANG, Raymond. Química Editorial Máx. Well 1991. INTERNET :

http://www.acetaldehído/obtención/propiedades/usos/com.htm.


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