La destilación catalítica es una rama de la destilación reactiva que combina los procesos de destilación y catálisis para separar selectivamente mezclas dentro de soluciones. Su función principal es maximizar el rendimiento de reacciones orgánicas catalíticas , como el refinado de gasolina . Se pensaba que el primer caso de destilación catalítica databa de 1966; [1] sin embargo, la idea fue patentada oficialmente en 1980 por Lawrence A. Smith, Jr. [2] El proceso se utiliza actualmente para purificar gasolina, extraer caucho y formar plásticos.
Los catalizadores utilizados para la destilación catalítica están compuestos de diferentes sustancias y empaquetados en diferentes objetos. La mayoría de los catalizadores son ácidos , bases , óxidos metálicos o haluros metálicos en polvo . Estas sustancias tienden a ser altamente reactivas, lo que puede acelerar significativamente la velocidad de la reacción , lo que las convierte en catalizadores eficaces. [3]
Las formas en las que se empaquetan los catalizadores deben poder formar una disposición geométrica consistente para proporcionar un espacio igual en el lecho del catalizador (un área en la columna de destilación donde el reactivo y el catalizador entran en contacto para formar los productos ). Este espaciado está destinado a garantizar que los catalizadores se distribuyan uniformemente dentro de la columna. El lecho del catalizador debe ser ampliamente espacioso (aproximadamente un 50% vacío) para que cualquier reactivo gaseoso evaporado pueda catalizar y formar productos gaseosos . El lecho del catalizador también debe poder contraerse y expandirse, ya que puede tener que responder a los cambios de presión dentro de la columna. [4]
Antes de que los catalizadores se empaqueten en la forma, primero se empaquetan en algo poroso como una tela o una malla de alambre . La tela puede estar hecha de algodón, fibra de vidrio, poliéster, nailon u otros materiales similares. La malla generalmente está hecha de aluminio, acero o acero inoxidable. [5]
En cuanto a su forma, los catalizadores suelen estar empaquetados en anillos, monturas, bolas, láminas, tubos o espirales. Estas formas tienden a estar hechas de fibra de vidrio, teflón y metales no reactivos. Antes de introducir los catalizadores en el sistema, se embolsan, se fijan a rejillas o pantallas metálicas o se colocan sobre espumas poliméricas . [6]
Dentro de la columna de destilación catalítica, los reactivos líquidos se catalizan al mismo tiempo que se calientan. Como resultado, los productos comienzan inmediatamente a vaporizarse y se separan de la solución inicial. Al catalizar y calentar los reactivos al mismo instante, los productos recién formados se eliminan rápidamente del sistema por ebullición. Con la falta de productos, el principio de Le Chatelier entra en vigor y forma nuevos productos a partir de los reactivos para reemplazar los productos eliminados. Como los productos salen continuamente, el sistema nunca alcanza el equilibrio . La formación continua de productos hace que la reacción se complete. [7]
En la mayoría de las reacciones llevadas a cabo por destilación catalítica, los reactivos suelen ser más volátiles que los productos . Debido a esto, se implementa un sistema de reciclaje interno, conocido como reflujo , justo después del condensador (un área dentro de la columna donde los gases escapados se enfrían hasta convertirse en líquidos). El reflujo transfiere el vapor concentrado de regreso al área del catalizador. [8] El reflujo también devuelve una porción de los líquidos condensados a la columna para garantizar que solo se capturen los productos con los puntos de ebullición más bajos. A medida que el reflujo devuelve mezclas impuras, los catalizadores se lavan para un uso prolongado. [9]
Las reacciones dentro de las columnas de destilación catalítica incluyen: [10]
En la destilación de dos columnas, la obtención del producto deseado requiere una columna de catálisis y luego una columna de destilación . Esto significa que la empresa destiladora tendría que financiar la construcción de dos grandes columnas, así como un método para transportar el contenido de una columna a otra. Con la destilación catalítica, la empresa solo necesita financiar una columna, lo que elimina tanto el costo de una segunda columna como el costo de mover los productos químicos de una columna a otra. Esta optimización reduce los costos generales a casi la mitad del costo original. [11]
Además de reducir costos, la destilación catalítica es un hito en eficiencia y eficacia. Se dedica menos tiempo porque no es necesario mover el contenido de una columna a otra. Además, el porcentaje obtenido de reactivos a productos aumentó en algunas reacciones del 96-97% al 99,9%. [12]