Producción de Tridecanal a partir de la hidroformilación del dodeceno

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

Modelamiento y simulación de procesos químicos 

Producción de Tridecanal a partir de la hidroformilación del dodeceno

Gonzalez C. Gerson E; Medina O. Héctor E      

Profesor: Víctor Alfonso Roa Gomez

2 de Noviembre de 2020 - Bogotá D.C.

RESUMEN

Se realizó un proceso de producción de tridecanal a partir de la hidroformilación del dodeceno, la información encontrada acerca del proceso nos lleva a proponer la hidroformilación del dodeceno con sistemas de disolventes termomorficos formados por DMF, dodecene (C12) y decane (C10) , el proceso involucra varios componentes químicos, isododecene (iC12), tridecanal (nC13), 2-metil-dodecanal o isotridecanal(iC13), Dodecanal, CO, H2,  y el catalizador a base de rodio.

El modelamiento se hizo por Aspen Plus, se aplico el modelo de coeficientes de actividad NRTL, junto con la ley de Henry para evaluar los equilibrios líquido-líquido (LLE)  y líquido-Vapor (GLE), respectivamente dentro del rango de operación del proceso. Se tomaron los datos experimentales de componente puro, LLE y solubilidad gas-líquido reportados en el trabajo de Gutiérrez M ,  2014; para calcular los parámetros de componente puro y de interacción binaria.   Se ingresaron las expresiones de la cinética según  Gutierrez M, 2014 de igual forma la información sobre las contantes cinéticas, energía de activación  y temperatura de referencia; en la cinética se  tiene en cuenta las reacciones reversibles y secundarias que originan  la formación de isómeros, se uso para esta cinética  el modelo generalizado Langmuir-Hinshelwood y Powerlaw; finalmente se realizó el flowsheet del proceso, se realizaron análisis de sensibilidad y balances de masa para hacer que el flowsheet converja.

ABSTRAC

The tridecanal production process was carried out from the hydroformylation of dodecene, the information found about the process leads us to propose the hydroformylation of dodecene with thermomorphic solvent systems formed by DMF, dodecene (C12) and decane (C10), the process involves several chemical components, isododecene (iC12), tridecanal (nC13), 2-methyl-dodecanal or isotridecanal (iC13), dodecanal, CO, H2, and rhodium-based catalyst.

The modeling was done by Aspen Plus, the NRTL activity coefficient model was applied, together with Henry's law to evaluate the liquid-liquid (LLE) and liquid-Vapor (GLE) equilibria respectively within the operating range of the process, The experimental data of the pure component, LLE and gas-liquid solubility reported in the work of Gutiérrez M, 2014; to calculate the pure component and binary interaction parameters. The expressions of the kinetics according to Gutierrez M, 2014 were entered in the same way the information on the kinetic constants, activation energy and reference temperature, in the kinetics the reversible and secondary reactions that originate the formation of isomers are taken into account.  The generalized Langmuir-Hinshelwood and Powerlaw models were used for this kinetics; finally the process flowsheet was carried out, sensitivity analyzes and mass balances were carried out to make the flowsheet converge.

1. CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROCESO

El tridecanal es una sustancia química biodegradable, de la familia de los aldehídos que son usados ampliamente como productos intermedios en la síntesis orgánica, debido a su alta reactividad, más específicamente es un aldehído alifático saturado con fórmula (C13H26O),  que se utiliza como compuesto aromatizante en las industrias de perfumes y aromas; la reducción catalítica del tridecanal conducen a tridecanoles, que son de gran importancia como plastificantes y alcoholes detergentes, adicionalmente las sales, ésteres y otros derivados del ácido isotridecanoico, proveniente de la oxidación del tridecanal, son importantes en las industrias de pinturas y plásticos, en el anexo C, tabla C-1, se encuentra su ficha técnica.

El proceso más importante para la obtención de tridecanal es la hidromorfilación de dodeceno, también conocido como oxosíntensis, en este proceso, el alqueno reacciona con el gas de síntesis (CO, H2), en presencia de un catalizador homogéneo para formar aldehídos con un átomo de carbono más; hasta mediados de la década de 1970, solo el catalizador a base de cobalto era importante industrialmente en la producción de aldehídos de cadena larga. La situación cambió, el catalizador a base de rodio se introdujo a escala industrial en 1974-1975.

Existen tres procesos basados en rodio, los cuales se pueden clasificar como: proceso Oxo de baja presión (LPO), proceso Oxo de alta presión con rodio (HPO) y el proceso Ruhrchemmie-Rhône-Poluenc (RCH-RP). El proceso RCH-RP para la hidroformilación de olefinas de cadena larga se basa en un catalizador-ligando de rodio soluble en agua, que es básicamente un catalizador de metal de transición y un ligando soluble en un entorno polar. Este catalizador bifásico aporta ventajas sustanciales para la práctica industrial, ya que es insoluble en la fase orgánica formada y las pérdidas del metal noble en las corrientes de aldehídos brutos son insignificantes. Sin embargo, las olefinas superiores a C4 tienen una solubilidad en agua limitada, lo que reduce la concentración de reactivo en la fase del catalizador. Esto da como resultado velocidades de reacción lentas que deberían ser compensadas por reactores más grandes. Además, la separación de fases lenta o incompleta podría provocar pérdidas de catalizador. Por lo tanto, los aldehídos con una mayor cantidad de átomos de carbono, como Tridecanal, no pueden obtenerse económicamente mediante el proceso habitual RCH-RP.

Otra posibilidad es la aplicación de sistemas de solvente multicomponente termomórfico (o de temperatura controlada) (TMS). Este es un enfoque prometedor que permite condiciones óptimas de reacción y reciclaje del catalizador (Schäfer et al. 2012).  El uso de sistemas TMS en la producción de Tridecanal se evalúa en el proyecto InPROMPT con el fin de encontrar un proceso económicamente viable.

Por lo tanto la ruta química más óptima es la : Hidroformilación de dodeceno. Hidroformilación de doceno en un sistema de solventes termomórficos DMF ( dimetil formamida) / decano. La reacción combina gas de síntesis y dodec-1-eno y es catalizada por un catalizador homogéneo a base de rodio. El desafío clave de retener este catalizador muy costoso se puede resolver utilizando un sistema de solvente termomórfico.

...