Diseño de un reactor discontinuo de tanque agitado para la síntesis de Butirato de Etilo

Abstract

El propósito de este proyecto consiste en diseñar un reactor capaz de producir 231.262,38 kg de butirato de etilo por carga, el cual tiene diversas aplicaciones en industrias como la alimentaria, donde se utiliza como saborizante artificial en bebidas con sabor a piña o naranja, así como en la industria farmacéutica como disolvente en productos de perfumería y plastificante. Cabe destacar, que el butirato de etilo es un producto químico relativamente económico, lo que amplía aún más su uso. Para la síntesis de butirato de etilo, se requieren ácido butírico y etanol como reactivos y, además del producto deseado, se obtendrá una pequeña cantidad de agua como subproducto. Dado que se trata de un éster orgánico, se utiliza un catalizador para mejorar la reacción, en este caso, se emplea la resina de intercambio iónico conocida como Amberlyst 15. El procedimiento se desarrollará de la siguiente manera: en primer lugar, se llevará a cabo la fase de reacción a presión atmosférica, alcanzando un grado de conversión de 0,7. Luego, la resina se separará mediante tamizado, seguido de la recuperación de los reactantes en una columna de rectificación discontinua. Finalmente, se procederá a la eliminación del agua del azeótropo etanol-agua utilizando tamices moleculares. Este proceso se ejecutará de manera secuencial y controlada para obtener los resultados deseados de manera eficiente. Además de determinar las dimensiones adecuadas del reactor y el agitador, el diseño de este proyecto incluirá una camisa de calefacción que utilizará agua para elevar la temperatura de la mezcla hasta 75ºC, así como el diseño de un condensador de serpentín que servirá para refrigerar y condensar los vapores del azeótropo etanol/agua que pueden formarse al estar trabajando con temperaturas cercanas a los 78ºC. Finalmente, este proyecto incluirá un estudio de la viabilidad técnica del diseño, una evaluación del impacto ambiental y la viabilidad económica del mismo.

El propòsit d'aquest projecte consistix a dissenyar un reactor capacat de produir 231.262,38 kg de butirat d'etil per càrrega, el qual té diverses aplicacions en indústries com l'alimentària, on s'utilitza com a aromatitzant artificial en begudes amb sabor a pinya o taronja, així com en la indústria farmacèutica com a dissolvent en productes de perfumeria i plastificant. Cal destacar que el butirat d'etil és un producte químic relativament econòmic, el que amplia encara més el seu ús. Per a la síntesi de butirat d'etil, es requereixen àcid butíric i etanol com a reactius i, a més del producte desitjat, s'obtindrà una petita quantitat d'aigua com a subproducte. Donat que es tracta d'un èster orgànic, s'utilitza un catalitzador per millorar la reacció, en aquest cas, s'emplea la resina d'intercanvi iònic coneguda com Amberlyst 15. El procediment es desenvoluparà de la següent manera: en primer lloc, es durà a terme la fase de reacció a pressió atmosfèrica, assolint un grau de conversió del 0,7. Després, la resina es separarà mitjançant tamitzat, seguit de la recuperació dels reactius en una columna de rectificació discontinua. Finalment, es procedirà a l'eliminació de l'aigua de l'azeòtrop etanol-aigua utilitzant tamisos moleculars. Aquest procés s'executarà de manera seqüencial i controlada per a obtenir els resultats desitjats de manera eficient. A més de determinar les dimensions adequades del reactor i l'agitador, el disseny d'aquest projecte inclourà una camisa d'escalfament que utilitzarà aigua per elevar la temperatura de la barreja fins a 75ºC, així com el disseny d'un condensador de serpentí que servirà per refrigerar i condensar els vapors de l'azeòtrop etanol/aigua que poden formar-se en treballar amb temperatures pròximes als 78ºC. Finalment, aquest projecte inclourà un estudi de la viabilitat tècnica del disseny, una avaluació de l'impacte ambiental i la viabilitat econòmica del mateix.

The purpose of this project is to design a reactor capable of producing 231,262.38 kg of ethyl butyrate per batch, which has various applications in industries such as the food industry, where it is used as an artificial flavoring in pineapple or orange-flavored beverages, as well as in the pharmaceutical industry as a solvent in perfumery and plasticizer products. It is worth noting that ethyl butyrate is a relatively economical chemical product, further expanding its use. For the synthesis of ethyl butyrate, butyric acid and ethanol are required as reactants, and in addition to the desired product, a small amount of water will be obtained as a byproduct. Since it is an organic ester, a catalyst is used to enhance the reaction, in this case, the ion exchange resin known as Amberlyst 15 is employed. The procedure will be carried out as follows: first, the reaction phase will be conducted at atmospheric pressure, achieving a conversion degree of 0.7. Then, the resin will be separated through sieving, followed by the recovery of the reactants in a discontinuous rectification column. Finally, the removal of water from the ethanol-water azeotrope will be carried out using molecular sieves. This process will be executed sequentially and controlled to efficiently obtain the desired results. In addition to determining the appropriate dimensions of the reactor and agitator, the design of this project will include a heating jacket that will use water to raise the temperature of the mixture to 75°C, as well as the design of a coil condenser to cool and condense the vapors of the ethanol/water azeotrope that may form when working with temperatures close to 78°C. Finally, this project will include a technical feasibility study of the design, an assessment of its environmental impact, and its economic viability.