Carbonilación de metanol

Carbonilación de metanol

• Proceso exotérmico, se prefiere termodinámicamente una temperatura baja.
• Tanto la temperatura como la presión influyen en la conversión de equilibiro de metanol en ácido acético
• La conversión de equilibrio de metanol está casi completa en las condiciones del proceso

- La conversión es completa incluso a presión atmosférica

- Para retener la mezcla de reacción en la fase líquida y desarrollar y mantener el catalizador en su forma activa, la reacción se lleva a cabo a presión elevada.

- El complejo catalizador no es estable a baja presión de monóxido de carbono.

• El yoduro, que se suministra como yoduro de hidrógeno corrosivo, es un componente importante del sistema catalítico.
• Sin yoduro de hidrógeno libre, ya que interactúa rápidamente con el metanol para generar yoduro de metilo.
• La producción de yoduro de metilo inicia el ciclo catalítico en el que se produce la carbonilación.
• El CH3COI resultante se transforma en ácido acético.
• La velocidad de reacción en el proceso Monsanto catalizado por rodio es proporcional a las cantidades de yoduro de metilo y rodio
• La velocidad de reacción es independiente de las concentraciones de metanol y monóxido de carbono
• Dependencia de orden cero, la tasa de salida permanece constante independientemente del nivel de conversión.
• Uso de un reactor de tanque agitado continuo (CSTR) de pequeño volumen: se pueden lograr grandes conversiones

Ciclo catalítico para el proceso de ácido acético de Monsanto

• Sintensis de yoduro de metilo: (Rh(CO)2I2) y yoduro de metilo experimentan una fase determinante de la velocidad del proceso de adición oxidativa
• Migración de metilo a un complejo de acilo pentacoordinado (acilo: H3C-CO-)
• Con la adición de mónoxido de carbono, el yoduro de acetilo se descompone en el complejo de rodio original.
• El ciclo catalítico concluye cuando el yoduro de acetilo se combina con agua para producir ácido acético y yoduro de hidrógeno.

Ciclo catalítico para el proceso de ácido acético de Cativa

• Similar a Monsanto, pero la adición oxidativa de yoduro de metilo al centro de iridio es mucho más rápida que la reacción equivalente con rodio y, por lo tanto, ya no es el paso determinado de la velocidad.
• El paso mas lento es la posterior inserción migratoria de metilo para formar el complejo de acilo, que es relativamente lento con iridio.
• Implica la sustitución del ion yoduro de monóxido de carbono.
• Debido a la relación inversa entre la concentración de yoduro iónico y la velocidad de reacción, la eliminación del yoduro iónico mejora la velocidad de reacción.
• Promotores: Los complejos de yoduro de carbonilo como (Ru(CO)4I2) disminuyen la concentración de ion yoduro, por lo que aumentan la velocidad de reacción
• Papel crucial en la prevención de la acumulación de formas “inactivas” del catalizador, como (Ir(CO)2I4) y (Ir(CO)3I4)

Carbonilación de metanol: diagrama de flujo.

• El monóxido de carbono y el metanol se entregan a un CSTR que contiene el catalizador que se ha rociado
• La reacción ocurre en la fase líquida en circunstancias moderadas.
• Dióxido de carbono e hidrógeno: subproductos no condensables del proceso de cambio de agua a gas, se evacuan al reactor
• El gas de ventilación se mezcla con el gas de escape de la columna de fracciones ligeras y se pasa a través de un depurador para recupera el yoduro de metilo venenoso y volátil
• A través de una válvula de reducción de presión, el liquido se extrae del reactor y se introduce en un recipiente de expansión, lo que da como resultado una fase gaseosa y líquida.
• La fase liquida que contiene el complejo catalítico disuelto se recicla nuevamente al reactor.
• La fase gaseosa, que contiene la mayor parte del producto de ácido acético, agua, acetato de metilo y yoduro de metilo, se purifica mediante un tren de destilación.
• La columna de fracciones ligeras, el acetato de metilo, el yoduro de metilo y una parte del agua se reciclan de nuevo al reactor.
• Como corriente lateral, el ácido acético húmedo se extrae de esta columna y se suministra a la columna de secado, donde se extrae ácido acético seco como producto de fondo.
• Los productos de cabeza del reactor que comprenden una mezcla de ácido acético (concentración del 35%) y agua se reciclan
• Una cantidad constante de ácido acético y agua circulan continuamente por toda la planta.
• El ácido acético seco se envía a la columna de producto, de la que se extraen como residuos los subproductos más pesados, principalmente ácido propiónico.
• La baja presión de monóxido de carbono en el recipiente de expansión puede provocar la perdida de ligandos de CO y la precipitación de especies de rodio insolubles, como RhI3
• Se debe retener una cantidad relativamente sustancial de agua (10 – 15 % peso) en el proceso para mantener la estabilidad y la solución del catalizador de rodio.
• El exceso de agua inhibe la síntesis de acetato de metilo y éter dimetílico
• Desventajas de agregar agua al costoso tren de separación la perdida de monóxido de carbono debido a la interferencia de la reacción de desplazamiento agua-gas.
• Económicamente ventajoso realizar el proceso de carbonilación a concentraciones de agua mas bajas: se puede mantener la estabilidad del catalizador.
• Camino a seguir: reemplazar el catalizador de rodio con un catalizador de iridio más duradero (Proceso Cativa)

Carbonilación de metanol: Proceso Cativa

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