Producción de Esteres Metílicos Sulfonados

- MES -

María Alejandra EscobarFabian Leonardo EspinelWilliam Camilo Mejía

Esteres Metílicos (α) Sulfonados Moléculas compuestas por ácidos

carboxílicos grasos sulfonados en la posición α respecto al grupo carbonilo, un grupo alquilo y un catión unido al grupo sulfonico.

La cadena depende del ácido graso proveniente y comprende entre 12 y 18 carbonos.

Ruta química: etapasLa producción de MES tiene tres

etapas reactivas: I. Hidrogenación de aceitesII. Obtención de Esteres Metílicos por

técnica de esterificación.i. Esterificación directa de ácidos grasos ii. Trans-esterificación de grasas o

aceites. III. Obtención de los MES a partir de

Esteres Metílicos: Sulfonación

Producción de Esteres Metílicos

Ácidos Grasos

Metanol

Metanol

Esteres metílicos de ácidos grasos

Glicerol Vapor

Grasas y aceites

Purificación

Transesterificación Fat Splitting (Hidrolisis)

Esterificación Directa

Destilación fraccionada

Evaluación de esterificación

Ruta QuímicaAdecuación de materias primas: - Adecuación primaria- Hidrogenación

Producción de esteres metílicos

-Trans-esterificación

Producción de esteres metílico sulfonados. -Sulfonación

Hidrogenación

Reactor de lecho fijoVariables CondicionesT (°C) 121-132P (atm) 6,8Rendimiento AltoCatalizador NiCorrosión Reactor que resista

corrosión - acero SS-316

  Catálisis ácida  Catálisis alcalina  Catálisis enzimática  Condiciones supercríticas Ventajas Permite procesar

grasa con altos contenidos de agua y ácidos grasos libres

Los catalizadores son muy económicos y el costo de implementación no es significativo. Tiempos cortos de reacción. Si la catálisis es heterogénea las técnicas de separación se simplifican y disminuye su costo.

1. Elimina los problemas de la catálisis alcalina homogénea.2. Los desechos ocasionados por las enzimas son nulos.

1. Disminuyen costos de operación. 2. Aprovecha de la manera mas eficiente la energía y las materias primas que otras técnicas de esterificación.3. Tiempos cortos de reacción.

Desventajas 1. Tiempo de reacción elevado.

HOMOGENEA1. Se dificulta la separación del catalizador.2. Interferencia de ácidos grasos libres y agua en el producto3. Demasiada alcalinidad de los productos.

1. Las enzimas son costosas y el mercado colombiano de estas no es muy amplio.2. Para llegar a un porcentaje de recuperación de Ester de 98% se requieren 48 horas o más de reacción.

1. Los costos iniciales de inversión son muy elevados.

Estudios realizados con catalizadores.

Catalizadores: H2SO4, H2PO4, HCl y orgánicos sifonados.

HOMOGENEAMetoxido, NaOH, y KOH.El metoxido utiliza menos alcohol en la relación obtima de carga y no presenta solubilidad con el alcohol. El NaOH solubiliza con el metanol generando agua que colabora con el proceso de saponificación. El NaOH es menos costoso que el Monóxido y menos soluble que el KOH por tanto se escoge este.HETEROGENEA: Sobre NiMotóxido de Calcio, Ba(OH)2Ambos catalizadores son descartados por su alto costo y su toxicidad. Operar sobre níquel (Ni) favorece la conversión más que con estaño.

Enzimas de tipo lipasa Para obtener resultados comparables con la C. Homogénea alcalina es necesaria una relación de metanol: aceite de 41:1 (Demirbas, 2002)

Trans-esterificación1. Catálisis acida2. Catálisis alcalina3. Catálisis enzimática4. Proceso a condiciones

supercríticas

Selección del reactor

Trans-esterificaciónCinética asociada a procesos de trans-

esterificación (Narvaez 2004)

Destilación reactiva

SulfonaciónCaracterísticas del

reactorVariable\materia prima Mezclas de esteres C12/C18

Fracción de esteres C16/C18

SO3 en aire % w/w 6-7 7-8

T alimentación Ester °C 45-48 60-62

Temperatura alimentación SO3

°C 50-55 55-60

SO3/Ester, razón molar - 1.15:1/1.2-:1 1.15:1/1.2-:1

T agua enfriamiento reactor °C 55-60 70-80

T acido sulfonico °C 65-70 80-85

Tiempo digestión Min >40 >40

T de digestión °C 75-80 >85

T agua neutralización °C 50-55 60-65

Tiempo blanqueamiento H >3 >3

Diagrama de procesoentrada-salida

H2

Esterificación Sulfonación

Aceite o grasa

Ester Metilico

Sulfonado

HidrogenaciónNi

Grasas Hidrogenadas Esteres

metílico

-Esteres Metílicos-SO3

Glicerol

Diagrama de Proceso Aceite

de Palma

Metanol

Óleum

Reactor lecho fijo

Torre RD

Hidrogeno

P-1

Grasa Hidrogenadas

P-3

Mezclador agitado

NaOH

P-5

P-4

P-6

Recuperaciónde MeOH y NaOH

P-8

Separador

P-9

Glicerol

Nitrogeno

P-11

SO3/aire

Reactor de Película

Aire

Ester MetílicoSulfonado

Destilación reactiva  Aceite de palma Metanol NaOH <1% w/w  Entrada (Kmol) 0,3 1,19 0,03 Peso molecular (Kg/Kmol) 256 32 40 Entrada (Kg) 76,47 38,23 1,03 Ester Metílico Glicerol Aceite de palma residual Metanol residualSalida (Kmol) 0,29 0,29 0,01 0,17Peso molecular (Kg/Kmol) 283,69 92,1 256 32Salida (Kg) 80,32 26,78 2,02 5,57Sulfonación Ester Metílico SO3   Entrada (Kmol) 0,29 0,35 Peso molecular (Kg/Kmol) 283,69 80 Entrada (Kg) 80,32 27,92 α-EMS SO3 residual Ester Metílico residual Salida (Kmol) 0,28 0,05 0,01 Peso molecular (Kg/Kmol) 361,97 80 283,69 Salida (Kg) 100 4,11 4,12

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