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Estudio cinético de la hidrotermólisis de compuestos modelo de lignina en agua sub- y supercrítica

by González Sánchez, Guillermo

Abstract (Summary)
TESIS DOCTORAL CON TÍTULO: Estudio cinético de la hidrotermólisis de compuestos modelo de lignina en agua sub- y supercrítica. Guillermo González Sánchez RESUMEN El presente trabajo estudia y describe, mediante modelos cinéticos, las reacciones de hidrotermólisis de compuestos modelo de lignina en agua subcrítica y supercrítica. El ácido vinílico y el dibencil éter fueron los compuestos modelo escogidos para explorar la hidrólisis térmica de algunos grupos funcionales de interés industrial a partir de recursos renovables, principalmente la biomasa vegetal, se presenta como un campo promisiorfio desde el punto de vista económico. Así mismo, el desarrollo de procesos químicos que eliminen la utilización de solventes caros y tóxicos, sustituyéndolos por compuestos baratos e inocuos, está volviéndose obligatorio para abatir costes de producción y para cumplir las cada vez más estrictas normas medioambientales. Las reacciones de termo hidrólisis del ácido vinílico en agua alrededor del punto crítico se investigaron en un reactor tubular continuo a temperaturas de entre 280 y 500 ºC y para presiones de entre 225 y 300 bar.- La principal reacción de descomposición del ácido vainílico es la descarboxilación para dar lugar a la formación del 2-metoxi-fenol (guayacol). La cinética de la descarboxilación es de primer orden respecto a la concentración de ácido vainíllico. La velocidad de esta disminuye con la presión en la región de temperaturas supercrítica. Los productos que se formaron a través de las reacciones en competencia de hidrólisis y de pirólisis del guayacol también fueron considerados. A partir del análisis de los datos experimentales, se propone un esquema de rutas de reacción para poder establecer los balances de materia de todas las especies de reacción. El modelo cinético fue resuelto a través de integración numérica para calcular los valores de las constantes de velocidad. Se halló un buen acuerdo entre los valores experimentales y los valores predichos por el modelo para los perfiles de rendimiento fraccional con el tiempo de las diferentes especies de reacción. Se ha estudiado, así mismo, la conversión por hidrólisis térmica del dibencil éter en agua sub- y supercrítica así como la selectividad hacia los productos principales de reacción. El estudio experimental se llevo a cabo en un reactor de flujo continuo cubriendo un rango de presión de entre 225 y 362 bar, temperaturas desde 325 hasta 390 ºC y tiempos de reacción cortos para minimizar las reacciones secundarias de los productos principales. La relación molar entre agua y compuesto orgánico, Ow, se fijó en 100 molH2OmolDBEo -1. Se identificaron dos rutas de reacción del dibencil éter en competencia: la hidrólisis, a partir de la cual se generó alcohol bencílico que produjo tolueno y benzaldehído. Para desarrollar el modelo cinético, se propuso un esquema de vías posibles de reacción. Este modelo tomó en cuenta el efecto de la concentración de protones sobre las velocidades de reacción. Las constantes de velocidad se estimaron a partir de los datos experimentales. El efecto de la presión sobre las velocidades de reacción es despreciable para las temperaturas subcríticas, mientras que las constantes de velocidad de las diferentes supercríticas. El volumen de activación del estado de transición de estas rutas de reacción positivo, concordando con los valores reportados para rutas de reacción por radicales libres así como el mecanismo SN1 para la hidrólisis de éteres. Se observó una zona de transición para las temperaturas supercríticas, en donde los volúmenes de activación presentan un cambio en magnitud. En el caso de la reacción de hidrólisis, dichos cambios se explican por las fuertes interacciones electrostáticas que se dan entre las moléculas del solvente, de los reactivos y del complejo activado. En general, los resultados experimentales muestran que es posible diseñar alrededo del punto crítico del agua, las propiedades fisicoquímicas del solvente requeridas para la despolimerización de lignina a través de la correcta selección de los parámetros de operación. Así mismo, dichos resultados requieren investigaciones complementarias que involucren la utilización de técnicas espectroscópicas y modelado con simulación molecular con el propósito de obtener información valiosa sobre aspectos importantes de las interacciones electrostáticas entre todas las especies de reacción. Así como para predecir correctamente el comportamiento de fases en la solución de reacción.
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Bibliographical Information:

Advisor:Montané i Calaf, Guillermo

School:Universitat Rovira i Virgili

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:departament d enginyeria química

ISBN:

Date of Publication:03/12/2004

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