Aumento de la resistencia térmica de una estructura acidosulfónica para la obtención de acetato de n-Butilo por destilación reactiva

Abstract

La destilación reactiva es sin duda una de las tecnologías que más ventajas ofrece en la industria para la síntesis química por ser un proceso simultáneo en el que se lleva a cabo conjuntamente la síntesis y separación de productos. Su implementación lleva a reducción de costos operativos y capitales, aumento en la productividad, selectividad y rendimiento del proceso. Además es considerada como una tecnología ambientalmente amigable. Este tipo de tecnología es especialmente eficaz para reacciones que están limitadas por el equilibrio químico. Pero de igual forma la destilación reactiva presenta un importante problema desde el punto de vista tecnológico, y es que está restringido por la resistencia térmica de los catalizadores sólidos y la actividad catalítica que estos presentan a altas temperaturas. Por esta razón la destilación reactiva no se ha implementado en una gran cantidad de procesos, generalmente los que requieren catalizadores con sitios ácidos de Brönsted, como los que tienen las resinas ácidas de intercambio iónico, muy utilizadas en una gran variedad de reacciones como: alquilación, acilación, isomerización, transalquilación, eterificación, esterificación, nitraciones, hidratación y deshidratación. Estas características muestran la importancia y necesidad que existe para trabajar en el desarrollo de catalizadores ácidos con propiedades térmicas mejoradas y de actividad catalítica comparable a las resinas comerciales, todo esto con el fin de aprovechar las ventajas que ofrece la destilación reactiva, para finalmente sustituir los ineficientes esquemas de procesamiento convencionales reacción-tren de separación utilizados a nivel industrial en muchos procesos de química fina, que involucran los sistemas reactivos anteriormente nombrados / Abstract: Reactive distillation is a technology that offers multiple advantages in the chemical industry, like the reduction of operative and capital costs and the increase in the productivity, among others. However, the low thermal resistance and the loss of the catalytic activity at high temperatures of the commercial acid resins, that are used as catalyst, has not allowed that this technology can be implemented in a great variety of chemical processes. This work is aimed to the synthesis, characterization and catalytic evaluation of four types of mesoporous silicas (hexagonal: MCM-41, SBA-15 and HMS; and cubic MCM-48), which are functionalized with acidsulfonic groups by grafting and co-condensation path. Physicochemical characterization and catalytic tests that were carried out on the esterification of acetic acid with n-butanol toward n-butylacetate showed that the materials that have higher thermal and structural stability are those of hexagonal phase which present bigger pore sizes and that were functionalized using the grafting path. Finally, the technological scheme for the synthesis of n-butylacetate by reactive distillation was designed. This process is compared at two different pressures. An increase of 9% was obtained in the profitability for the process carried out at atmospheric pressure. This requires a catalyst of higher thermal stability, like those materials that were synthesized here.