Síntesis, caracterización y evaluación de una resina de intercambio catiónico con forma de empaque para una columna de destilación reactiva

Abstract

En los últimos años la industria química ha mostrado un creciente interés por el desarrollo de procesos empleando la tecnología de destilación reactiva. Esta tecnología combina las operaciones de reacción y separación en un único equipo, ofreciendo una serie de ventajas, en comparación con los esquemas convencionales. La interacción entre las operaciones de reacción y separación favorece la implementación y uso de la catálisis heterogénea en las columnas de destilación reactiva, por lo tanto, las estructuras internas que deben satisfacer simultáneamente las necesidades de reacción, destilación y capacidad de flujo, definen los resultados globales de la operación. Para cumplir con estos requerimientos, diferentes clases y configuraciones de los internos han sido desarrolladas. En la mayoría de aplicaciones se prefieren los empaques estructurados catalíticos, en los que las partículas de catalizador se empacan a manera de sándwich entre dos laminas de empaque estructurado. En la literatura se reportan estudios enfocados al desarrollo de recubrimientos catalíticos para diferentes empaques, como forma alternativa para aprovechar las ventajas de una estructura catalítica con una forma geométrica útil en el proceso de separación. En este trabajo se sintetizó una resina de intercambio catiónico con forma de empaque para una columna de destilación reactiva, elaborada en el copolímero estirenodivinilbenceno (S-DVB) sulfonado. Se sintetizaron dos formas geométricas: la primera corresponde a una estructura tipo monolito (cilindro con perforaciones) y la segunda corresponde a un empaque estructurado (lámina corrugada). Así mismo, se presenta el estudio realizado para la síntesis del copolímero S-DVB y su posterior funcionalizaciónmediante un proceso de sulfonación con óleum.

Abstract. In the last years chemical industries have shown a special interest in the development of new processes involving reactive distillation technology. In this case, reaction anddistillation processes take place in a single, integrated unit. Reagents react at intermediate stages of a column while products are constantly removed; this allows for achieving higher conversion and higher purity of the final product. Combining reaction and separation processes in the same unit favors the use of heterogeneous catalysis. Moreover, the column internals that must satisfy at the same time the needs of chemical reaction, distillation and capacity, determine the global results of the operation. To meet these requirements different types of columns internals have been developed; among them, catalytic structured packing is preferred. In this configuration catalyst particles are sandwiched between two corrugated wire gauze sheets. Some studies focused on the development of catalytic coatings for this type of packing have been published. In this work an ion exchange resin shaped as a distillation column packing was made. The resin was synthesized from the copolymer styrene-divinylbenzene (S-DVB); then, it was activated through a sulfonation process. Resins shaped as a monolith structure (cylinder with holes) and as a structured packing (corrugated sheet) were developed. The study of the polymerization and sulfonation processes is presented.