HIDROGENACIÓN DE ACEITES

April 2, 2018 | Author: Nero Sparda | Category: Hydrogenation, Catalysis, Oil, Hydrogen, Fatty Acid


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HIDROGENACIÓN DE ACEITES1. INTRODUCCIÓN: La hidrogenación de un aceite consiste en la adición directa de hidrógeno a los enlaces dobles de las cadenas de los ácidos grasos. De esta forma, este proceso esta relacionado con el índice de yodo (la adición de un mol de hidrógeno corresponde a la absorción de un mol de yodo). La hidrogenación es un procedimiento de transformación de los aceites líquidos en grasas semisólidas, y tiene otras ventajas como aumento de la estabilidad y mejora del color de la grasa. En la reacción se necesita un catalizador, el cual en este caso se compone de níquel (por su acción promotora), con pequeñas cantidades de cobre, aluminio, etc. Los catalizadores en la Hidrogenación continua se han usado compactos, pero es mas conveniente hacerlo en forma de polvo y sostenidos por un material poroso, inerte y refractario. Durante el proceso, el catalizador se mantiene en suspensión en el aceite, y se separa luego por filtrado. Para la hidrogenación es necesario que estén a una temperatura adecuada: el hidrógeno gaseoso, el aceite líquido y el catalizador sólido. Mientras más alta sea la temperatura, mayor será la solubilidad del hidrógeno en el aceite, y lo mismo ocurre al aumentar la presión. La reacción se provoca por agitación del aceite con el catalizador en suspensión dentro de un recipiente cerrado en atmósfera de hidrógeno. La agitación tiene una doble función: promover la disolución del hidrógeno en el aceite y renovar el aceite presente en la superficie del catalizador. Algunas de las utilidades mas importantes de esta técnica de hidrogenación son: transformar aceites líquidos en grasas plásticas o duras, transformar grasas blandas en productos mas sólidos, aumentar la resistencia de grasas y aceites a su alteración por oxidación o por mal sabor, sustituir grasas y aceites por productos hidrogenados menos caros, aumentar la consistencia y estabilidad de grasas animales, entre otras. HIDROGENACIÓN INDUSTRIAL En la hidrogenación industrial de aceites vegetales y de pescado ricos en ácidos grasos insaturados se cambian las características de solidificación y fusión de los aceites o grasas tratados para proteger los ácidos grasos insaturados de la oxidación (enranciamiento) y para aumentar la estabilidad térmica de esos aceites o grasas (véase reacción de hidrogenación). Este proceso se utiliza, por ejemplo, en la fabricación de margarina. Cuando la hidrogenación es intensiva se obtienen productos con ácidos grasos saturados al 100%, sin isómeros cis o trans y con alto punto de fusión. Si la reacción de hidrogenación es incompleta o parcial, los dobles enlaces pueden cambiar de posición (isomerización posicional) o de configuración(isomerización geométrica, pasando de cis a trans) en las cadenas de los ácidos grasos: La hidrogenación es un proceso que consiste en la adición de hidrógeno a los enlaces dobles de las cadenas carbonadas de los ácidos grasos poliinsaturados. En el laboratorio es fácil adicionar yodo (I2) a los enlaces dobles y así llegar a medir el grado de instauración de una materia grasa por el índice de yodo (II o IV). en la hidrogenación catalítica se han probado catalizadores distintos del original. níquel. los ácidos grasos trans predominantes son monoinsaturados de 18 carbonos. para reducir su formación y la de otros productos no deseados. . tales como cobre y paladio. 2. OBJETIVO: La hidrogenación tiene por objetivo fundamental transformar aceites líquidos o semi-sólidos (palma) en materias grasa sólidas. los ácidos grasos trans han llegado a representar más del 50%. monoinsaturados y pequeñas cantidaces de poliinsaturados con isomería cis y trans. de gran estabilidad a la rancidez oxidativa y con propiedades reológicas apropiadas a su empleo posterior.En este caso se obtienen mezclas de ácidos grasos saturados. En algunos productos obtenidos por hidrogenación industrial. tales como consistencia. y procedimientos alternativos como la interesterificación u otros que no utilizan el hidrógeno molecular para la hidrogenación. Cuando se parte de aceites vegetales. si se parte de aceites marinos se forma una variedad más amplia de ácidos grasos trans debido al alto grado de insaturación inicial (hasta 6 dobles enlaces) y a las largas cadenas (20-22 carbonos). plasticidad. esparcibilidad y dureza. que se expresa como gramos de yodo por 100 g de materia grasa. Lo más probable es que estas combinaciones no estén químicamente definidas. se caracteriza por comprender el catalizador y los reactivos en una misma fase. Catálisis homogénea: La catálisis homogénea. El catalizador puede combinarse temporalmente con los reactivos durante la reacción.2. que se considera a éste como elemento esencial del sistema reaccionante. CATALISIS: Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción química. 3. y también lo es su constitución química. sin afectar los factores energéticos de la misma ni consumirse en ella. teniendo controlados los otros factores). restituyendo el catalizador en su naturaleza primitiva. y no influyen la estructura del catalizador ni los fenómenos de superficie. la naturaleza de la superficie del catalizador es de gran importancia. y no puede iniciar la reacción. Puede ocurrir que un catalizador en un sistema reaccionante pueda influir en la composición de los productos de la reacción.3. el catalizador y los reactivos existen en distintos estados físicos. lo . Durante la reacción se forman compuestos intermedios inestables o complejos de adsorción donde el catalizador está combinado temporalmente con uno o más de los agentes reaccionantes. el catalizador actúa en forma de moléculas individuales dispersas uniformemente en el sistema reaccionante. que sean moléculas con enlaces muy fuertes unidas a la superficie del catalizador por fuerzas de valencias secundarias. pues ejerce la función catalítica. La reacción de hidrogenación sin catalizador sería tan lenta. 3. En este caso. El catalizador aquí está definido por su constitución química y su concentración en el sistema (por la cual pueden predecirse sus efectos. en cambio. o que distintos catalizadores de productos diferentes. En la catálisis heterogénea. sino sólo acelerarla.1. pero esta combinación es inestable y se destruye al finalizar el fenómeno. El nombre se debe a que en el sistema. Catálisis heterogénea: Es el tipo de catálisis más común e importante en la industria de grasas y aceites. . que puedan descomponerse o ser “desadsorbidas” para permitir la siguiente reacción: catalizador + reactivos adsorción complejo catalizador-reactivo desorción productos de reacción + catalizador regenerado 4. La velocidad de reacción de una reacción (K) se determina por la ecuación de Arrhenius: K = a e -Eact/RT Donde T es la temperatura absoluta.esencial es que dichas combinaciones sean inestables. el radical ácido no saturado y la parte activa de un catalizador metálico. Los catalizadores incrementan la K por su influencia sobre la Eact. Su acción divide la reacción en dos etapas: combinación de catalizador yreactivos para dar un compuesto intermedio inestable. Eact es la energía de activación. unas pocas moléculas de las sustancias reaccionantes está a un nivel energético alto. es por esto que las reacciones no se dan instantáneamente. debido a la relación exponencial (ya mencionada en la ecuación) la reacción estabilizada se puede desarrollar a una velocidad que excede en mucho a la de la reacción no catalizada. ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Y CATÁLISIS: En cualquier instante de una reacción. y la destrucción de este compuesto para formar uno nuevo y liberar el catalizador. Debido al carácter exponencial de la ecuación. Consecuentemente. el uso del catalizador permite que dos reacciones con Eact relativamente bajas sustituyan a una sola con Eact elevada. También podemos decir que. 5. y R es la constante 0. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA REACCIÓN: -Mecanismo de interacción de los productos reaccionantes: La hidrogenación de productos grasos se hace posible cuando entran en contacto los tres reactivos: hidrógeno.082 at lt/mol K. un pequeño cambio en la Eact producirá un gran efecto sobre K. a es el factor relacionado con la concentración de los reactivos. pero. para cualquier índice de yodo. Es simple deducir que la hidrogenación se da más fácilmente a medida que aumenta la instauración de los radicales ácidos. que a su vez ayuda a disolver el hidrógeno en el aceite. Al aumentar la agitación. Está comprobado que la reacción del hidrógeno con el aceite transcurre muy rápidamente. Selectivo: (aplicado al catalizador) Un catalizador es más selectivo que otro cuando. en las mismas condiciones. Debe hacerse notar que la selectividad es relativa y nunca absoluta. Es indispensable tener en cuenta tanto las concentraciones de los reactivos como el grado de agitación y los factores de presión del hidrógeno. Debido a esto. Orden de la reacción: Como antes hemos dicho. y se dice que está “envenenado”. lo que se hace es incrementar la interfase media gas – aceite. Así entonces. hay otros factores que intervienen en la velocidad de la reacción. como las condiciones de la misma y la circunstancia de que la preferencia a la hidrogenación depende de la forma de aparición de isómeros de los ácidos grasos naturales. la velocidad de hidrogenación de cualquier ácido no saturado debe ser proporcional a su concentración en el aceite. Esto equivale a decir que producirá menos ácidos isooleicos para un nivel dado de ácidos saturados. fijando las demás condiciones. . ya que es éste el conjunto de condiciones que determinarán la velocidad de la reacción. explicándose muchas complicaciones en la tecnología de esta industria. este pierde capacidad para actuar catalíticamente. existe entonces. Cuando estas se combinan con la superficie del catalizador. las otras condiciones varían siempre. Selectividad: Este término se refiere a la hidrogenación de ácidos que contienen grupos metilenos (›CH2) con preferencia a los que no los tienen. Sin embargo. o menos ácidos saturados para un nivel dado de ácido isooleico. la velocidad de reacción disminuye rápidamente cuando la cantidad de catalizador se aproxima a la requerida para absorber los venenos. es difícil Velocidad de hidrogenación: asignar un orden definido a la reacción.debido a que aquellos están en distintos estados físicos el mecanismo para unirlos es algo complejo. producirá un aceite hidrogenado de consistencia más blanda (a 21-24ºC) y de punto de fusión más bajo. un nivel de catalizador por debajo del cual la hidrogenación llega a ser impracticablemente lenta para cualquier aceite. Los catalizadores de hidrogenación tienen afinidad con ciertas impurezas de todos los aceites. Esto hace que la reacción sea incapaz de someterse a control. pero la disolución del hidrógeno en el mismo es relativamente lenta. en realidad. ETAPAS Y EQUIPOS DEL PROCESO.6. Hidrogenación mediante Formiato de Níquel ETAPA 1. después de agregar cada porción gran efervescencia. con lo cual se produce. En efecto. se desprende en estado de vapor. la reacción que tiene lugar es la siguiente : Sulfato de Níquel + formiato de Sodio » Sulfato Sódico + formiato de Níquel . Se suministra vapor directo y se le añade en pequeñas proporciones el formiato sódico.1. disolviendo una cierta cantidad de sulfato de níquel en doble cantidad de agua. Preparación del formiato y liberación del níquel metálico catalizador. Se prepara primeramente el formiato de níquel. ya que el ácido fórmico que por la reacción queda en libertad. DESARROLLO DE LA HIDROGENACIÓN: 6. mezclando 10 partes de este con 100 partes de aceite auxiliar. Se elimina el aire del aparato. La mezcla desodorizada durante el proceso de Refinación.70 litros de gas. como ya se ha indicado. se producen (a 0oC y 1 atm). a que se opera. donde se adiciona el . Luego se hace actuar el mecanismo agitador y simultáneamente se eleva la temperatura hasta unos 150oC. hasta 210 -220 oC. es un gran tanque hermético con una capacidad que puede variar alrededor de unas 2. se va formando un precipitado esponjoso. porque entre los 190 y 250°C se forma abundante espuma. anhídrido carbónico y níquel metálico. Premezcla del Catalizador y el Aceite. y un serpentín para el calentamiento de la masa . que contiene el níquel metálico que ha sido liberado por el formiato. es cargada en el reactor. Para efectuar la hidrogenación propiamente dicha. que debe actuar a una presión comprendida entre 1 y 1. mientras se va elevando la temperatura paulatinamente.5 toneladas por hora.5 atmósferas. Para un caso típico. ETAPA 3. de color verde oscuro. se pone en marcha el agitador y una vez obtenida la suspensión homogénea del formiato en el aceite. pasándolo a otro tanque. Luego se continúa la operación hasta alcanzar la temperatura de 335-340°C para que se complete la descomposición del formiato de la que resultan: hidrógeno. Convertidor. Equipos. que es más pesado. de esta carga inicial se retira un pequeño volumen de aproximadamente 1000 litros. en estado de fina suspensión. haciéndolo entrar por la parte más elevada del autoclave -el hidrógeno va empujando el aire.Prosiguiendo las adiciones parciales del formiato sódico. se inyecta vapor por el serpentín para que la temperatura de la suspensión se eleve hasta unos 190°C. y siendo la temperatura final. Es necesario que el siguiente incremento se efectúe gradual y lentamente. y debe evitarse que la formación de ésta sea demasiado rápida. cuando se da entrada al hidrógeno. pero dentro de estos límites. se utiliza. Este último queda en el aceite. El proceso puede expresarse según la ecuación : De la descomposición de una molécula-gramo (148 gramos) de formiato de níquel. o bien por la sustitución del hidrógeno a la presión normal. es fácil comprender la enorme presión que se desarrollaría en el interior del autoclave si no se diese salida a dichos gases. y de un serpentín de tubo por el que se hace circular vapor de agua. De esta forma queda así preparado el aceite auxiliar. hacia abajo y éste sale por una válvula situada al mismo nivel al que se encuentra el nivel del aceite-. debiendo ser tanto más elevada. El formiato que ha quedado en el filtro se deseca a baja temperatura y al vacío. Eliminado el aire. bien por la acción del vacío. Con el producto obtenido se prepara una suspensión. Hidrogenación. Posteriormente se filtra y se lava repetidamente con agua. que se transforma luego en granuloso y de tonalidad más clara. cuanto más dificultad ofrezca el aceite a ser hidrogenado. ETAPA 2. ya sea practicando el vacío o introduciendo el hidrógeno por la parte superior. bastante superior a los 300oC. 62. Para obtener la perfecta uniformidad de la mezcla antes mencionada. Se procede como sigue : se mezclan el aceite previamente refinado y el aceite auxiliar. Se cierra el autoclave y se elimina el aire de su interior. se introduce en un autoclave provisto de un agitador mecánico. Es en este momento. un autoclave provisto de mecanismo agitador-batidor con paletas y hélice. se va añadiendo lentamente y en pequeñas proporciones a una cantidad de ácido sulfúrico de 50-60%. los cuales son retirados. Terminada la hidrogenación se deja enfriar el aceite hasta una temperatura no inferior a 80 oC. es necesario realizar su regeneración con alguna frecuencia. por medio de ambos métodos. para luego bombearlo a un filtro prensa donde se retiene gran parte del níquel. Esto depende de los aceites que se hidrogenan y especialmente del grado de pureza que ellos tengan. Las tuberías de hidrógeno cuentan además con filtros de ruptura para evitar sobrecargas. este ácido se mantiene a elevada temperatura (próxima a la de ebullición). cuando se ha liberado del formiato en el mismo aceite de la manera descrita. El reactor generalmente tiene un toma muestra para controlar la dureza de las grasas hidrogenadas. con lo cual se determina la finalización del proceso. ETAPA 6. Ya que el catalizador es recuperado como precipitado en la filtración. debido a su alto grado de inflamabilidad. Filtración. El reactor está provisto con válvulas de acceso de aceite e hidrógeno para el control de estos elementos. En cuanto a seguridad.catalizador (formiato de Níquel). para facilitar la disolución de dicho metal. o bien un filtro rotatorio. esto se logra cerrando la válvula de acceso del hidrógeno y reduciendo la temperatura hasta 90 °C. es un catalizador que se envenena con menos facilidad que el níquel suspendido en una materia inerte (proceso de Wilbuschewitsch). con la ayuda . el equipo de hidrogenación debe permanecer aislado del resto de la planta pues el manejo del hidrógeno es muy peligroso. aunque la operación es más lenta y dificultosa. Regeneración del Catalizador Usado. Equipos. Este procedimiento se realiza después de la reacción de hidrogenación y consiste en agregar ácido cítrico al aceite para darle estabilidad y conservación. A pesar de que el níquel metálico. Para la primera operación se puede utilizar un filtro prensa alimentado por bomba de inyección . Estabilización y Blanqueo. El mecanismo de adsorción está dominado por condiciones de temperatura. para ser calentado y del cual se desprenden algunos elementos. suficiente para disolver el níquel . al formar un compuesto organometálico con las trazas del níquel que se decantan como quelatos. Existen plantas discontinuas cuyo funcionamiento es como sigue: la sustancia grasa se calienta a 70-80° C por medio de vapor para evaporar cualquier humedad. El catalizador debe ser neutralizado con carbonato de níquel y carbonato sódico. Filtro prensa. También es usual utilizar Tierras de Blanqueo para compensar la decoloración que sufre el aceite por la hidrogenación cuando se utilizan reactores de hierro. que son llevadas al laboratorio donde se le retira el níquel y se les mide el Índice de Refracción (IR). ETAPA 5. para eliminar las últimas trazas del ácido. mientras que por la centrifugación. se obtiene una separación más completa. La separación se efectúa por medio de un filtro o de una centrífuga y en muchos casos. ETAPA 4. Por medio del filtrado se obtiene el metal catalizador más rápida y fácilmente que por la centrifugación. pero pequeñas trazas de catalizador atraviesan la lámina filtrante. tiempo de contacto y presiones de vacío. por el que se puede hacer circular vapor. el aceite es enviado al convertidor. se establece un contacto íntimo entre el aceite y el hidrógeno. Luego se introduce la mezcla en un horno en atmósfera de hidrógeno. Etapa 1. desembocando en varios insufladores que forman un surtidor múltiple. La premezcla se efectúa por medio de un amasado enérgico. Hidrogenación. Etapa 3. logrando la incorporación de este último en el primero. donde se reúnen. según sea el aceite que se va a tratar. La primera de ellas contiene "Lejía Sódica". son aspirados por bombas que los envían a un aparato mezclador. La preparación del catalizador es a partir del sulfato de níquel. Esta lluvia de aceite pulverizado mezclado con el catalizador. y manteniendo el autoclave a la temperatura de 100 a 160°C. Es un gran tanque hermético con una capacidad que puede variar alrededor de unas 2. Lavado y depuración del hidrógeno sobrante. Finalmente se da salida al producto terminado a unos tanques de almacenamiento. Etapa 2. Etapa 4. situado en el fondo del aparato. El hidrógeno se inyecta a una presión de 9 atmósferas. Seguidamente. para lo cual se disuelve en agua fría y se mezcla con carbonato sódico. Una vez secada. con el fin de mantener la temperatura establecida para la hidrogenación. mientras que las otras dos columnas. y que puede variar dependiendo del tipo de aceite. en un recipiente provisto de un serpentín. que se encargan de realizar una aspersión del aceite. . Este gas es comprimido y enviado al autoclave. Filtración. Equipos. El autoclave está provisto en su parte cilíndrica de una envoltura de chapa de hierro. Almacenados los aceites (el que se va hidrogenar. se mezcla con las tierras de blanqueo a 100-110° C y se mantiene en contacto durante aproximadamente 30 minutos para que se realice el proceso de decoloración. contienen agua pura. y el auxiliar que contiene el catalizador). en la proporción anteriormente mencionada. siendo introducido por unos pulverizadores localizados en la parte superior. en el cual el níquel se reduce al estado metálico y queda suspendido en la mezcla. se hace en tres columnas lavadoras conectadas en serie.5 toneladas por hora. Preparación del catalizador. para fijar los ácidos grasos volátiles arrastrados por el hidrógeno. La depuración y el lavado del hidrógeno. se mezcla con el aceite a hidrogenar hasta conseguir una proporción de catalizador en el aceite del 1 al 2 por ciento. Convertidor o autoclave.de un agitador mecánico. que forma con las paredes del mismo un espacio anular. encuentra en su descenso una corriente de hidrógeno que asciende. por el cual circula vapor de agua a 5 o 6 atmósferas. donde se realiza la hidrogenación. Premezcla del Catalizador y el aceite. Proceso de Wilbuschewitsch. Etapa 5. Estro se hace con el fin de convertir el sulfato en carbonato. Obtenida esta emulsión. En estas condiciones. por donde empieza a ascender. Regeneración del Catalizador Usado. y en el segundo sulfuro de níquel). y en ellos queda seco y enfriado. que se va agregando al sulfato nuevo utilizado en la preparación del catalizador. mientras el hidrógeno asciende. Según el grado o la intensidad de la hidrogenación. y va descendiendo por entre los alambres de la misma. No son aconsejables ni el tricloroetileno. es de 140 a 180°C. En este método no se efectúa premezcla del catalizador con el aceite. debido a que el catalizador se encuentra dispuesto dentro de los tubos en forma de una maraña metálica. esta capa de óxido de níquel se elimina antes de utilizarse el catalizador en la operación. se hace pasar el aceite por uno o por varios tubos. haciendo circular una corriente de hidrógeno que reduce dicho óxido a níquel metálico. Etapa 6. de manera que cuando el hidrógeno llegue a la cámara anular y tienda a ascender. formados como hemos dicho por una varilla-eje y su maraña. de modo semejante a lo expuesto en el método de wilbuschewitsch. Este catalizador está formado por una varilla de níquel que sostiene una maraña de alambre muy delgado del mismo metal. hasta encontrar la salida en la parte superior. Se sumerge en una solución de carbonato sódico y se recubre antes de ser utilizado por una capa de óxido. en el primer caso puede producirse cloruro de Níquel. Etapa 2. El catalizador se obtiene mezclado o disperso. manteniendo un contacto íntimo con el hidrógeno. o sea. y recorre el cilindro interior hasta su parte inferior donde se comunica con el espacio anular. el hidrógeno pasa por tres separadores de agua. quede retenido. que al mismo tiempo están refrigerados por una circulación frigorífica de salmuera. Después del lavado y antes de penetrar en los autoclaves. El aceite se introduce por la parte superior del tubo. ocasionando una acción hidrogenante muy intensa. de unas salientes. Proceso Continuo. cae en la maraña. cuando el catalizador tiene una máxima eficacia por no estar envenenado. Etapa 1. está provista en toda su altura. Esta reducción se hace estando el catalizador en uno de los tubos. para obtener una mayor o menor elevación del punto de fusión del aceite hidrogenado. ni menos el sulfuro de carbono (al tratar de eliminar el disolvente residual de la mezcla. La temperatura de régimen de la operación. Preparación del Catalizador. donde se va a realizar la hidrogenación del aceite. La operación tiene una relativa duración. La cara externa del cilindro interior. producida por acción electrolítica. de manera que tan pronto como se obtiene el metal libre. El gas entra por la parte superior.El procedimiento de lavado es como sigue : cada torre lavadora está conformada por un cilindro interior que forma un espacio anular. en los aparatos de hidrogenación continua. La instalación de la planta está conformada por una serie de tubos de hierro en cuyo interior se aloja el catalizador. se procede a su utilización en la hidrogenación del aceite. el níquel asociado con la mezcla. y la . donde se va a realizar la hidrogenación. Por este motivo es aconsejable desengrasar el precipitado por un disolvente como es el caso de la Bencina de Petróleo. obligándolo a recorrer toda la cámara. Purificado así. se va adicionando paulatinamente y en pequeñas proporciones en ácido sulfúrico diluido para formar sulfuro de níquel. debido a que el aceite se escurre entre los alambres. Hidrogenación. si la temperatura se eleva en exceso. no se requiere de una filtración posterior a la hidrogenación. Los catalizadores son muy sensibles al calor. Para este procedimiento. debido a la mejor superficie de contacto con los demás reactivos. Hay varias teorías relacionadas con la acción catalítica. ya que el catalizador no se encuentra suspendido en el aceite. 6. estando estos en contacto con níquel activo. Esta es una razón por la cual los métodos de análisis son inadecuados pretendiendo averiguar la dirección que tomará la reacción en conjunto. implicando esto la formación de una variedad de compuestos distintos. a mayor altura. En una cadena de ácido graso. Puede observarse que los átomos de níquel más activos (ligados a la superficie con fuerza mínima) son próximos a ser extraídos en forma gaseosa. Generalmente los ácidos de elevado peso. dependiendo esta de la altura a que se encuentren por encima de la superficie del catalizador dichos átomos. con más exactitud. éste será mas activo. las necesidades dimensionales de dos puntos de adsorción ubicados en cada extremo de un enlace doble (Figura 3). 6. a continuación nombraremos algunas de ellas: Teoría de Taylor: Los átomos metálicos de la superficie de un catalizador tienen distintos grados de instauración.En la operación continua. y se procede a recubrirlo con una capa de óxido. Etapa 3. puede ser necesaria. Otra teoría supone las porciones activas del catalizador como una superficie donde se ha expansionado la malla cristalina del metal para ajustar. se desengrasa por inmersión con tricloroetileno frío. Por lo tanto. sometiéndolo a la acción de una solución de carbonato sódico. DIVERSIDAD DE REACCIONES POSIBLES: El hidrógeno tiende a adicionarse primero a los ácidos grasos más saturados. se deja evaporar al aire el disolvente residual con el catalizador. y pueden inactivarse a temperatura muy . con equivalente instauración. La longitud de la cadena hidrocarbonada tiene un efecto sobre la facilidad de hidrogenación. la dificultad de hidrogenación aumenta al disminuir la distancia del enlace doble al grupo carboxilo. no podemos predecir cual es el enlace doble que se hidrogenará primero. desligándose momentáneamente del catalizador durante su acción catalítica. Sin embargo.presión está comprendida entre 1 y 9 atmósferas. Regeneración del Catalizador.2. habrá mayor instauración. pero no determinante. DESARROLLO DE LA HIDROGENACIÓN: Catalizadores para hidrogenación: Estructura: Manteniendo iguales los factores de una reacción. se saca el catalizador de los tubos. También la posición del enlace doble afecta la reactividad del aceite. que es una cantidad relativamente pequeña. Esta es una condición importante en una hidrogenación. pero disminuyendo el tamaño de las partículas del catalizador. molecular se hidrogenan mas lentamente que los pesos molecular inferior. lo que implica mayor grado de actividad catalítica. de modo que el níquel opera en forma gaseosa.4. La naturaleza de las mismas no permiten que desborden fácilmente del catalizador. y se destruye la actividad de la vitamina A. hidrocarburos no saturados. y si se los cubre con aceite desaparecen las propiedades pirofóricas y la tendencia a la oxidación. eliminándose del mismo el CO2. La hidrogenación llevada al máximo nivel destruye el sabor y olor natural de cualquier aceite. el cual disminuye al aumentar la cantidad de hidrógeno absorbido. se inactivan completamente. A pesar de esto. los cuales pueden mostrar avidez por sustancias distintas del hidrógeno y de los glicéridos presentes como impurezas. y pueden provocar un envenenamiento irreversible (inactividad permanente del catalizador) o reversible (en ciertas condiciones puede eliminarse el veneno y restituir el catalizador).2%. El índice de refracción también disminuye. el cual debe eliminarse por desodorización con vapor. Los catalizadores recién reducidos son muy pirofóricos por su naturaleza reactiva y la retención por parte de estos de grandes cantidades de hidrógeno. 7. Es importante soportar (mantener en contacto con una sustancia durante su desuso) al catalizador. como los pigmentos. explotando cuando la concentración en volumen de hidrógeno es mayor del 4% y menor del 74. siendo retenidas por los átomos activos y saturando e inactivando al catalizador. produciendo un “olor de hidrogenación “. Al comienzo de la reacción. etc. CARACTERÍSTICAS DE ACEITES HIDROGENADOS: La característica de los aceites más afectada por la hidrogenación es el índice de yodo.por debajo del punto de fusión del metal del cual están formados (proceso de aglomeración). Hay componentes de los aceites que se reducen con la hidrogenación. El hidrógeno utilizado en la hidrogenación debe ser purificado. o sea en m3 e hidrógeno seco a 15. Al hidrogenar los carotenoides se produce una notable disminución del color de los aceites vegetales.6 ºC y 760 mm de Hg. disminuyendo así las posibilidades de explosión. . carotenoides. la consistencia del aceite y las características relacionadas con ella (punto de fusión. La estabilidad de los aceites aumenta a medida que se hidrogenan. El hidrógeno: El hidrógeno acostumbra a medirse en m3 normales. Si estos catalizadores se exponen a aire y se los deja oxidar. El hidrógeno es muy inflamable y forma fácilmente mezclas explosivas con el oxígeno o el aire. CO y compuestos de azufre. al ser ligero. Venenos de catalizadores: La actividad de un catalizador depende de la presencia de átomos con un grado de actividad elevado. asciende y se dispersa rápidamente. pues esto contribuye a incrementar su actividad y modifica su comportamiento actuando como protector contra la aglomeración. tanto este como el índice de yodo dependen del peso molecular medio de los glicéridos. Estas sustancias se llaman “venenos”. el gráfico se hace aproximado. y el sistema Norman (el hidrógeno burbujea a través del aceite). pero usualmente las reacciones se llevan a cabo a presiones ligeramente superiores a la atmosférica. Este tipo de instalaciones son más populares debido a que las continuas poseen dificultades mecánicas. punto de congelación y otras características críticas. En los primeros procesos de hidrogenación. El mejor procedimiento de control consiste en llevar un gráfico del tiempo de hidrogenación respecto al índice de yodo. gran selectividad de hidrógeno. Instalaciones discontinuas: • Sistema de recirculación: El reactor es un recipiente cilíndrico de gran altura que puede contener entre 10000 a 20000 kg de aceite. etc. mezclar varias cargas de los convertidores hasta llegar al producto deseado. 9. debe hacerse una determinación rápida del índice de yodo (método de Hoffman y Green) y además se determinan la micropenetración rápida (indica medida real de la consistencia). Tiene serpentines de calefacción y un sistema de distribución en el fondo que permite repartir el hidrógeno en varios chorros pequeños. . 8. 9. las plantas de hidrogenación emplean los sistemas de “Recirculación” y de “Acabado”(dead-end). etc. ambos son instalaciones discontinuas. El compresor de recirculación está destinado para elevar moderadamente la presión del reactor. Si es necesario debe interrumpirse la reacción mientras se analizan las muestras. Cuanto menos extrapolación se necesite. MÉTODOS ANALÍTICOS PARA EL CONTROL DE LA HIDROGENACIÓN: Aún cuando se hidrogenan distintas cargas de aceite en condiciones uniformes. Primeramente. Hoy. con mayor precisión se puede determinar el punto final. A medida que la reacción se aproxima al grado deseado. se acostumbra a ajustar las condiciones de hidrogenación para que todas las cargas adquieran una consistencia uniforme a temperaturas entre 21ºC y 24ºC. El objetivo principal de un reactor es obtener una buena mezcla hidrógeno-aceite. control cuidadoso. Con dichos datos y consultando gráficas de curvas típicas.1. El control de la hidrogenación se hace menos difícil si se mezclan las materias hidrogenadas para obtener el producto en cuestión o. los fabricantes se inclinaban por el sistema Wilbuschewitsch (el aceite se pulveriza en atmósfera de hidrógeno).) dependen de las condiciones de hidrogenación y características del catalizador. luego lo hace pasar por un tren de purificación y lo esparce nuevamente en el aceite. punto de congelación. Se dispone de un compresor de capacidad que extrae hidrógeno de la parte superior del reactor. es fácil calcular por extrapolación cuánto falta para llegar a obtener el valor deseado del índice de yodo. si es posible.punto de reblandecimiento. estimando los índices de yodo por lecturas en el refractómetro o por la caída de presión en el tanque de hidrógeno que suministra al convertidor. HIDROGENACIÓN EN LA PRÁCTICA: Instalaciones: La instalación mas importante en este proceso es el reactor. Al finalizar la reacción. Por lo tanto. hasta conseguir el índice de yodo deseado para el aceite. El aceite se envía a decoloración y almacenamiento. Luego. El hidrógeno se admite hasta alcanzar la presión deseada y luego se permite su paso solo a medida que avanza la hidrogenación. Los primeros chorros de aceite que salen turbios se retornan al convertidor. Cuando los serpentines de calefacción aportan la temperatura requerida. El agitador más utilizado es el que tiene dos o más hélices. El catalizador puede usarse nuevamente en operaciones sucesivas. Un accesorio importante es un eyector de vapor para evacuar el agitador descargado y mantener un vacío de 50mm. solo se hace un lavado con agua para enfriar el hidrógeno precedente del reactor antes de que llegue al compresor. de una capacidad de 5000 a 20000 Kg de aceite. la inferior está cerca de la superficie del aceite y posee un manguito de succión que lo proyecta al vacío superior. En el interior poseen un serpentín que puede admitir vapor para la calefacción agua de refrigeración. la hidrogenación se descontrolaría). puede fundirse para preparar catalizador nuevo o puede mezclarse con otros catalizadores similares. no es tan necesario. se cierra el paso de hidrógeno y se purga el hidrógeno de la cámara superior. verticales y cerrados. se crea vacío y se admite hidrógeno en el convertidor por una válvula reductora que trabaja a presión constante.El hidrógeno puede suministrarse directamente al reactor desde los tanques de almacenamiento a alta presión. o lo más corriente. Durante la calefacción. el cuidado en evitar fugas. Las ventajas de la hidrogenación por acabado frente a la hidrogenación por recirculación son: ✓ Evitar la oxidación e hidrólisis del aceite. el cual se mantiene bajo vacío para desairear y secar el aceite evitando la reacción durante dicho período (si esto no se evita.5 Kg. Se vuelve a crear el vacío y se enfría la carga a 70-90ºC por la refrigeración de los serpentines y la agitación. se hace pasar agua a través del refrigerante exterior para eliminar el calor de la reacción y mantener una temperatura apropiada. • Sistema de acabado (dead-end): Los hidrogenadores de acabado o “convertidores” son recipientes cilíndricos de acero. Se rompe el vacío y se bombea el aceite por un filtro prensa a decoloración. la cual aumenta cuando comienza la hidrogenación. la hidrogenación se efectúa durante y después del período del calentamiento. En el extremo superior hay un eje vertical terminado en un agitador motorizado. etc. Al añadir el catalizador. Al finalizar la reacción se detiene el compresor y se bombea la carga de aceite a un filtro para separar el catalizador del aceite. puede almacenarse en grandes gasómetros donde se mantiene a baja presión. el extraído de la cámara superior del convertidos. . diseñados para trabajar entre el vacío total y una presión entre 7 y 10. obligando al hidrógeno que está allí a entrar en el aceite. Con respecto al tren de purificación. la cantidad del mismo absorbida por el aceite. Todo el aparato se mantiene lleno de hidrógeno a baja presión. Las pérdidas de hidrógeno dependen de: la cantidad utilizada. el aceite y el hidrógeno se van introduciendo en el convertidor. debido a la utilización del hidrógeno relativamente puro. Sistema catalítico Cu-Ni/ZnO (5%).05M de CuSO4 con agitación magnética constante. menos costoso y mas fácil de conservar.2. Se utiliza un catalizador consistente en virutas de níquel (puede ser en polvo. HIDROGENACION DE ACEITES EN LA PRACTICA HIDROGENACIÓN CATALITICA DEL ACEITE DE PALMA CON SISTEMAS BIMETALICOS TIPO CU-NI SOPORTADOS EN ZNO Este trabajo muestra el estudio de la reacción de hidrogenación del aceite de palma utilizando un proceso catalítico heterogéneo con sólidos tipo Cu-Ni soportado en ZnO a 40 bar de presión y 200°C de temperatura con el fin de producir alcoholes grasos. Se hace pasar una corriente continua durante el tiempo necesario y después se lava el catalizador para dejarlo en condiciones de ser reducido a su forma activa. 9. a través de los cuales se bombea el aceite continuamente en atmósfera de hidrógeno. la jaula y su contenido forman el ánodo de un baño electrolítico de carbonato sódico (electrolito). Se humedece el ZnO y se le adiciona lentamente una solución 0. ✓ Mayor uniformidad en los productos. seguida de oxidación anódica y nuevamente reducción. el método “inundación” alcanza mayor selectividad pero la producción de ácidos isooleicos es muy alta. este es menos empleado) encerradas en una jaula cilíndrica de rejilla metálica. Los catalizadores fueron preparados por el método de impregnación. Instalaciones continuas: Este proceso fue desarrollado por Bolton y Lusch. formando una capa de óxido por “oxidación anódica” y reduciendo luego el óxido a metal a temperaturas relativamente bajas. ✓ Mayor amplitud en la selectividad. ✓ Inundación: la cámara catalítica se llena de aceite. En cambio. Estas se introducen en cilindros. Luego. En la oxidación anódica. ✓ Equipo mas sencillo. El método “gota” da productos con contenidos bajos en ácido isooleico. La superficie del catalizador se activa catalíticamente. 10. se . METODOLOGÍA Preparación de los sólidos. ✓ Menor dependencia de la temperatura. Esto es: extracción del catalizador con disolvente. pero hidrogenados no selectivamente. Las instalaciones pueden ser de dos tipos: ✓ Gota: el aceite se hace gotear a través de la masa catalítica sin cubrirla completamente. Los sólidos resultan ser activos y se logra obtener una mezcla de alcoholes y de ácidos grasos.✓ Control mas exacto de la reacción. sílice y alúmina. capaz de operar hasta presiones de 15 bar y 200 ºC. en dos soportes.Determinación del área superficial Las muestras serán desgasificadas previamente a 200°C durante 4 h. En todos los casos se considera primordial la relación . en función de la concentración de catalizador.05M de NiSO4 con agitación magnética constante y se somete a los mismos pasos de calentamiento. paladio y platino. Análisis de los productos de reacción. La hidrogenación se ha estudiado en primer lugar con catalizadores de Ni. secado y calcina ción descritos previamente. Los experimentos se realizan en un reactor de laboratorio de pequeño volumen. Los grupos funcionales analizados serán: Enlaces insaturados (-C=C-).012 a 0. El anterior procedimiento también se sigue para la preparación de los siguientes sistemas catalíticos Cu-Ni/ZnO (2%). Para la identificación de los productos de reacción. A continuación se estudia la hidrogenación a oleomargarina con un índice de yodo de 70. El análisis estadístico tendrá que indicar una buena correlación entre los resultados experimentales y los calculados. que se preparan por dos métodos (precipitación-deposición y humidificación incipiente). HIDROGENACION DE ACEITE DE GIRASOL MEDIANTE CATALIZADORES METALICOS SOPORTADOS.5 bar y cargas de catalizador de 0. TRATAMIENTO DE CATALIZADORES USADOS En este trabajo se estudia la reacción de hidrogenación catalítica de aceite de girasol. En la tercera parte del trabajo. Las siguientes son las técnicas utilizadas para el análisis de los sólidos. mediante la metodología de la superficie de respuesta a temperaturas entre 120 y 180 ºC. cobre. en dos soportes. La activación del cataliza dor se realiza reduciéndolo a una temperatura de 400°C pasando hidrógeno durante 4 h a una rampa de 10L/h estabilizando el sistema durante 1 h a 200°C. diseñado para este trabajo. Al producto obtenido se le adiciona una solución 0. presión y temperatura. después es calcinado en un horno circular a 350°C durante 8 horas con un flujo de aire seco de 10 L/h. Los datos experimentales se ajustan a una ecuación cinética con un término de activación. La selectividad no se afecta por el método de preparación pero si por el tipo de soporte. Se estudia la influencia del método preparación y del soporte sobre la actividad y selectividad a compuestos isoméricos y saturados. Caracterización de los sólidos. Ni/ZnO (5%) y Cu/ZnO (5%). catalizadores de cobalto. presiones de hidrógeno de 2.calienta a 60°C y se mantiene así hasta sequedad. compuestos saturados. grupos hidroxilo (-OH) y grupos carboxilo (-CO2H). se preparan (por varios métodos) y ensayaron.039% (Ni/aceite). En el diseño de experimentos se consideran tres respuestas: la actividad. sílice y alúmina.5 a 4. y productos trans. Para su puesta a punto se realizan experimentos de hidrogenación con un catalizador comercial de Ni y los resultados se comparan con los obtenidos en un reactor comercial. el sistema se estabiliza primero a 110°C por 1 h. luego el sólido se introduce en un horno durante 12 h a 110°C. se emplean las siguientes técnicas: Análisis químico cualitativo. htm .con un catalizador de níquel usado. la concentración de catalizador y las condiciones de reacción. El catalizador de Pd/Al2O3 es el más activo.co/biotecnologia/ediciones/vol5/5Vol5.es/documentos/hidrogenacion-aceite-girasol-catalizadores-metalicossoportados-tratamiento/ http://www. Con los disolventes más apropiados se ha estudia la extracción en Soxhlet.tecnologiaslimpias.htm http://mazinger. proporcionado por una empresa local dedicada a la producción de grasas saturadas.buenastareas.pdf http://www.sisib. 2. 3. Los catalizadores de cobre presentan buena selectividad.com.uchile. BIBLIOGRAFIA: http://www. y luego se analizan también mezclas azeotrópicas como disolventes. pero la isomerización es muy alta. Se estudia la eliminación del aceite del catalizador mediante extracción.unicauca. ya que estos presentan sinergismo.com/ensayos/Hidrogenacion-De-Aceites/1725352.edu. para ello se seleccionan disolventes para los ácidos palmítico y esteárico. Por último se estudia la recuperación de metal y la reutilización del catalizador de níquel comercial con tres partes: 1. pero no son muy activos incluso a temperaturas de reacción elevadas.entre la producción de ácidos grasos trans.uah.html http://biomodel.h tml http://tesis. Un modelo simple y otro más complejo que incorpora isomerización se han desarrollado para describir el proceso.es/model2/lip/hidrogenacion-ind. Por último se han analizado su comportamiento físico-químico.org/html/central/311507/311507_ee.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/castroe04/02. se ha desarroa un método de regeneración para la reutilización del catalizador y recuperación de la grasa que sobre él hay depositada.
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