Esterificación del alcohol Isoamílico con Ácido N-Butírico: estudio del equilibrio químico y de fases

Abstract

En este trabajo se presenta la evaluación técnica y económica para la producción de butirato de isoamilo por esterificación. Se parte del estudio del potencial y las aplicaciones de butirato de isoamilo como aditivo en la industria química y alimenticia. Del estudio de mercado, se identifica la necesidad de producir esta sustancia a nivel local y se puede iniciar un análisis técnico de la producción. Dado que se encuentra poca información termoquímica del sistema de esterificación, se realizó un estudio del equilibrio químico y de fases. Se midieron los equilibrios líquidovapor y líquido-líquido de los sistemas binarios y ternarios que constituyen la mezcla Alcohol isoamílico + Ácido n-butírico + Butirato de isoamilo + Agua. Posteriomente se obtuvieron por regresión, parámetros de modelos de coeficientes de actividad pertinentes. Adicionalmente, se obtiene experimentalmente una expresión cinética para la velocidad de reacción usando Amberlyst 35 Wet como catalizador. También se compara el desempeño de este catalizador, con otros comúnmente empleados en la industrial. Finalmente se simulan algunos esquemas de producción, partiendo de las conclusiones del diseño conceptual obtenido a partir del análisis de los mapas de curvas residuales. Para comparar los esquemas de proceso, como el convencional y la destilación reactiva, se emplean herramientas propias de la ingeniería económica y se generan recomendaciones para el potencial escalamiento del proceso a nivel piloto.

Abstract. In this work, a technical and economical assessment of isoamyl butyrate production by esterification is presented. The study starts with the analysis of the isoamyl butyrate application as an additive in chemical and food industries. In the market study is identified the necessity of producing isoamyl butyrate to supply the local demand, and the production technical analysis can be started. Because de lack of thermochemical data of the esterification system, a study of phase and chemical equilibrium was performed. Vapor-liquid and liquid-liquid equilibrium of the binary and ternary systems constituting the mixture of Isoamyl alcohol + n-Butyric acid + Isoamyl butyrate + water were measured. Later, parameters of adequate activity coefficient models were obtained by regression. Furthermore, a kinetic expression of reaction rate was obtained using Amberlyst 35 Wet as catalyst. Also, catalyst performance was compared with other catalysts typically used in industry. Finally, some production schemes were simulated, departing from the conceptual design obtained in the reactive residue maps analysis. In order to compare the different production schemes, such as the conventional and the reactive distillation processes, some tools of economical engineering were used. Some recommendations for the process scaling to pilot plant level were done.