Industrias II 7218 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 1 de 20

Transcripción

1 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 1 de ) Sulfonación Sulfonación es todo procedimiento por el cual se introduce el grupo sulfónico - SO2OH (*) a un átomo de carbono, o algunas veces a un átomo de nitrógeno. El resultado es la obtención de ácido sulfónico correspondiente. = O (*) - S = O - OH Los métodos de enlace del grupo -SO2OH al nitrógeno se denominan ordinariamente N-sulfonación, o sulfamación. La palabra sulfonación se emplea también para designar el tratamiento de cualquier compuesto orgánico con el ácido sulfúrico, cualquiera sea la naturaleza de los productos formados. Los tipos de sulfonación especializados comprenden: Sulfocloración: introducción de un grupo - SO2Cl en un alcano empleando cloruro de sulfurilo o anhídrido sulfuroso con cloro Clorosulfonación: introducción de un grupo -SO2Cl en un compuesto con ácido clorosulfónico Sulfoxidación: sulfonación directa de un alcano con anhídrido sulfuroso y oxígeno Sulfoalquilación: unión de un grupo sulfoalquílico a un compuesto orgánico La sulfonación de los aromáticos implica los siguientes pasos En primer termino se forma el trióxido de azufre electrofílico para luego

2 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 2 de 20 reaccionar con el benceno formando el carbocatión intermediario. En el paso cuarto el anión de ácido bencenosulfónico pierde un protón Y finalmente se disocia por ser un ácido fuerte. 1.2) Sulfatación Sulfatación designa el establecimiento de un grupo -OSO2OH (sulfato ácido) en el carbono. = O (*) - O - S = O - OH En algunos casos puede considerarse como la introducción de un grupo - SO2OH sobre un oxígeno. Los tipos de compuestos sulfatados están limitados casi enteramente a los que contienen enlaces olefínicos (principalmente alquenos) y a los que tienen grupos hidroxilos fenólicos o alcohólicos, juntamente con los éteres de los últimos. El método general de sulfatación de estos tipos de compuestos es el tratamiento con anhídrido sulfúrico, o un compuesto apropiado de este. Para los alquenos se emplea corrientemente el ácido sulfúrico concentrado, en tanto que para los alcoholes se emplea ácido sulfúrico, óleum o anhídrido sulfúrico. Los sulfatos tiene importantes aplicaciones como: intermedios en la preparación de alcoholes (etílico, isopropílico, etc.) agentes de alquilación (sulfatos dimetílico y dietílico) detergentes (laurilsulfato sódico) colorantes anticoagulantes de la sangre reacción predominante en la sulfonación de aceites fijos El equipo empleado en las sulfataciones industriales es del tipo corriente y puede ser análogo al empleado para la sulfonación. 2.2) Usos (propiedades) La mayor parte de los usos de los sulfonados se deben a la presencia en la molécula del grupo -SO2OH, hidrófilo, altamente polar. En los detergentes, y análogamente en los agentes mojadores, emulsivos y dispersantes, el grupo sulfonato soluble en el agua está combinado con una porción orgánica soluble en los aceites en varias maneras posibles para producir una variedad de efectos deseados. Para los colorantes, los compuestos contra la polilla y los agentes sintéticos para el curtido, sirve como agente de unión firme de la molécula orgánica a la fibra

3 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 3 de 20 o al cuero. Las resinas de intercambio de iones funcionan como ácidos fuertes con insolubilidad completa en el agua, combinación inusitada de propiedades que conduce a muchas aplicaciones. Por otra parte, las resinas y polímeros sulfonados solubles en el agua son de interés como gomas sintéticas y agentes de espesamiento. También se emplean los sulfonados como intermedios en la preparación de otros productos químicos (colorantes) por reemplazo del grupo sulfónico. Los cloruros sulfónicos RSO2Cl, son de interés especial como intermediarios para la obtención de derivados sulfonados de amidas, ésteres y mercaptanes. Los cloruros alcanosulfónicos se emplean como agentes de curtido y para hacer detergentes y elastómeros, en tanto que los análogos aromáticos producen sulfonamidas medicinales e insecticidas. Tenemos entonces uso en: Detergentes, agentes mojadores, emulsivos y dispersantes, elastómeros Colorantes, compuestos contra la polilla y agentes sintéticos para el curtido Resinas de intercambio de iones, gomas sintéticas y agentes de espesamiento Intermedios en la preparación de otros productos químicos Sulfonamidas medicinales e insecticidas Ejemplo de las propiedades de productos sulfonados para ser utilizados como tensioactivos SO3H Zona polar Afín con agua grupo sulfónico Zona no polar Afín con grasas o aceites de cadena larga Los detergentes domésticos son sulfonatos o sulfatos en general de sodio: El detergente lava vajilla más común era el derivado del dodecilbenceno (molécula de un alifático ramificado de 12 carbonos con un grupo bencénico en un extremo.) y que fue reemplazado por uno lineal con mayor biodegradabilidad conocido como LAB (lineal alquilbenceno). Estos se obtienen en plantas petroquímicas como ser la de YPF en Ensenada. Se sulfonan dando el ácido sulfónico correspondiente y su sal sódica es el

4 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 4 de 20 componente activo de los detergentes. La cadena no polar derivada del dodecilbenceno o al lineal es la parte de la molécula hidrofóbica a la grasa o aceite y el grupo sulfónico polar es la parte hidrofílica. Para uso más delicado como lavado de ropa fina y shampoo se utiliza el laurilsulfato de sodio y es obtenido por la sulfatación del alcohol laurico (12 carbones en la estructura). Dodecilbencensulfonato de sodio (no biodegradable) La sulfatación de los distintos alcoholes derivados de aceites y grasas es muy común para obtener distintos tipos de surfactantes 2.3) Agentes sulfonantes Los agentes sulfonantes más utilizados: Anhídrido sulfúrico y sus compuestos Ácido sulfúrico concentrado. Concentración comercial 98% Óleum. Solución de ácido sulfúrico con 22 % de anhídrido sulfúrico disuelto Ácidos clorosulfónico, fluorsulfónico y aminosulfónico Anhídrido sulfuroso y sus compuestos Ácido sulfuroso y sulfitos y sulfitos ácidos Anhídrido sulfuroso y cloro, anhídrido sulfuroso y oxígeno Otros agentes diversos Métodos de obtención de los principales agentes. Los principales métodos de producción de anhídrido sulfuroso, anhídrido sulfúrico, ácido sulfúrico y óleum es utilizando azufre como materia prima, recuperación de los gases de la industria metalúrgica (producción de cobre y zinc a partir de sulfuros) y por la recuperación de ácido sulfúrico residuales de bajo titulo y con contaminantes. Producción a partir de azufre El azufre se quema con una corriente de aire filtrado y exento de humedad en un horno, esta reacción altamente exotérmica. El azufre se funde en piletas adecuadas y se bombea a presión en la cámara de combustión del horno. Los

5 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 5 de 20 gases de combustión formados son enfriados por un sistema de generación de vapor de agua que es luego utilizado por otras instalaciones. Estas plantas generan mayor cantidad de vapor del que consumen y por lo tanto son proveedoras de vapor a otras instalaciones. El diseño del horno es similar a una caldera de vapor de agua. En este caso el combustible es el azufre. La ecuación de esta etapa es la de obtención del anhídrido sulfuroso: S + O2 SO2 En la segunda etapa el anhídrido sulfuroso ingresa a unos 400 ºC y se convierte en unas cámaras catalíticas con pentóxido de vanadio. Esta reacción exotérmica requiere que los gases se enfríen en cada paso por el catalizador donde se aprovecha para generar vapor de menor presión. En esta etapa se obtiene el anhídrido sulfúrico: SO2 + ½ O2 SO3 En las cámaras se debe llegar a una conversión superior al 99,7% a fin de cumplir con las regulaciones en las emisiones de los gases de salida. En la tercera etapa el anhídrido sulfúrico se absorbe con agua para formar el ácido sulfúrico. SO3 + H2O H2SO4 Esta operación se realiza en una torre de absorción donde el gas rico en anhídrido sulfúrico es absorbido con una corriente de ácido sulfúrico de menor concentración a la comercial (98%) para evitar la fuerte reacción exotérmica de hidratación de anhídrido. Una corriente de ácido sulfúrico al 93 % es utilizada para el secado del aire de proceso. Ver detalle del diagrama de bloques.

6 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 6 de 20 El óleum se obtiene mediante la absorción de ácido sulfúrico con anhídrido sulfúrico hasta llegar a la concentración de 22 %. La disponibilidad comercial del anhídrido sulfúrico está restringida a aquellos que dispongan de plantas generadoras y hay empresas especializadas que proveen toda la tecnología y equipamiento cuando los consumos son importantes como ser plantas productoras de detergentes sintéticos. 2.4) Principales procedimientos Los principales procedimientos de sulfonación pueden ser clasificados del modo siguiente: tratamiento directo con anhídrido sulfúrico o un compuesto de éste procedimientos oxidantes reacciones con sulfitos métodos de condensación y polimerización La clasificación en métodos directos e indirectos se emplea algunas veces para indicar si un procedimiento de sulfonación comprende una o más etapas ) Tratamiento directo con anhídrido sulfúrico Es este procedimiento mucho más extensamente aplicado que los demás, y se emplea en la preparación de los químicos de sulfonados y en el tratamiento de aceites fijos y fracciones de petróleo. El ácido sulfúrico concentrado y el óleum de variada concentración son los reactivos más comunes para la sulfonación directa. Las propiedades físicas del

7 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 7 de 20 sistema SO3-H2O han sido investigadas desde el punto de vista de la sulfonación. Otros reactivos que han encontrado extenso empleo son el anhídrido sulfúrico con compuestos orgánicos (dioxano o piridina) y el ácido clorosulfónico. Son también de este tipo, pero aplicados con menos frecuencia, el ácido fluorsulfónico, los sulfatos ácidos, los pirosulfátos y el ácido aminosulfónico (sulfámico). El anhídrido sulfúrico es teóricamente el agente de sulfonación más eficaz y directo de este tipo, puesto que sólo entraña la adición directa sobre el compuesto orgánico RH: RH + SO3 RSO2OH Por otra parte, el empleo de cualquiera de los compuestos del anhídrido sulfúrico es siempre complicado por la liberación concomitante del otro componente (agua, ácido clorhídrico, piridina), lo cual hace a tales agentes menos eficaces que el anhídrido sulfúrico, aunque tienen otras ventajas. El ácido sulfúrico y el anhídrido sulfúrico libre tienen propiedades opuestas como agentes de sulfonación. El óleum (solución de anhídrido sulfúrico en ácido sulfúrico de 100%) es un compromiso práctico entre estos dos extremos. Las ventajas del anhídrido sulfúrico y las correspondientes del óleum han llegado a ser industrialmente atractivas de manera creciente por la necesidad de obviar la eliminación de ácidos de desecho, en tanto que las desventajas (elevado calor de reacción que genera ennegrecimiento y descomposición y fuerte viscosidad) pueden ser vencidas por el diseño de ingeniería, elección de las condiciones o el empleo de un disolvente. Hay una tendencia a emplear agentes enérgicos de sulfonación de este tipo. RH + SO4H2 RSO2OH + H2O La formación de agua produce un efecto dilutor del ácido sulfúrico y un generador de ácido diluido con restos orgánicos difíciles de reutilizar y costoso el tratamiento del residuo. Comparación ácido sulfúrico versus anhídrido sulfúrico Factor H2SO4 SO3 Calor de reacción Requiere calor para completarse Velocidad de reacción Lenta Instantánea Extensión de la reacción Parcial Completa Fuertemente exotérmica todo el tiempo Disponibilidad Universal Con generador propio Ácido agotado Usualmente sustancial Ninguno Formación de otros productos Pocos Extensa Capacidad del reactor Importante Mínima

8 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 8 de 20 Viscosidad de la mezcla de reacción Baja Elevada en algunos casos El ácido clorosulfónico es empleado casi enteramente en la preparación de cloruros sulfónicos aromáticos o heterocíclicos conforme a las ecuaciones siguientes: RH + ClSO3H RSO2OH + HCl (1) RSO2OH + ClSO3OH RSO2Cl + H2SO4 (2) La reacción (1) se emplea algunas veces para preparar los ácidos sulfónicos, no obstante el hecho de que el desprendimiento de HCl y la ocurrencia parcial inevitable de la reacción (2) son objetables. El ácido sulfúrico, el óleum y el ácido clorosulfónico son empleados ordinariamente en exceso, con lo que de pasada obran como disolventes baratos, de baja viscosidad, para el ácido sulfónico o el cloruro sulfónico formados. El anhídrido sulfúrico puede emplearse directamente en la forma líquida comercial o es fácilmente evaporado (44.8 C) y tal vez diluido con un gas inerte (aire seco) antes de la introducción en el reactor. El anhídrido sulfuroso líquido es un excelente disolvente de sulfonación para emplearlo con el anhídrido sulfúrico, el ácido clorosulfónico, o el óleum. Sin embargo, los problemas de recuperación del disolvente han impedido su aceptación industrial. En la preparación de cloruros sulfónicos (con el ácido clorosulfónico) no se emplea ningún disolvente en la práctica industrial; con frecuencia se emplea el cloroformo como medio de reacción para preparaciones de laboratorio. El anhídrido sulfúrico puede emplearse ventajosamente con varios disolventes clorados con los cuales es miscible, tales como el tetracloruro de carbono y el triclorofluorometano ) Tratamiento directo con anhídrido sulfuroso El desarrollo industrial de este estudio es relativamente reciente y es aplicable especialmente a la preparación de alcanosulfonatos. Este procedimiento, conocido como sulfocloración, comprende el tratamiento directo de los alcanos con una mezcla de anhídrido sulfuroso y cloro en presencia de luz o de otros catalizadores para formar los cloruros sulfonílicos, del modo siguiente: RH + SO2 + Cl2 RSO2Cl + HCl El cloruro de sulfurilo, SO2Cl2, reacciona de manera semejante. El procedimiento estrechamente relacionado de la sulfoxidación se verifica por la reacción: RH + SO2 + 1/2O2 RSO2OH La oxidación de los tioles (mercaptanes) y de los derivados de los tioles se emplea frecuentemente para preparar los sulfonados de las series alifática y heterocíclica. Pueden emplearse varios agentes oxidantes; la reacción es la

9 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 9 de 20 siguiente: 2RSH + 3O2 2RSO2OH El cloruro sulfonílico correspondiente se forma cuando se emplea como agente oxidante el cloruro acuoso: RSH + 3Cl2 + 2H2O RSO2Cl + 5HCl 2.5) Reacciones principales y mecanismos de reacción. Con ácido sulfúrico: Los alcanos no reaccionan con el ácido sulfúrico. Los alquenos lo hacen fácilmente formando sulfatos de alquilo correspondiente por ejemplo: H2C:H2 + SO4 H2 C2 H5 O SO2OH Etileno + ácido sulfúrico sulfato de etilo 3.0) Otro ejemplo son las sulfataciones en las dobles ligaduras de los ácidos grasos obtenidos de grasas y aceites Los aromáticos se sulfonan fácilmente un ejemplo de ellos es la sulfonación del benceno que se verá más adelante. C6H6 + SO4H2 C6H5 SO2OH + H2O Benceno ácido bencensufónico La sulfonación / desulfonación de aromáticos es una reacción reversible y el control de la termodinámica dependerá de la posición final de equilibrio. Así se sulfona el benceno a unos 100 ºC y puede desulfonarlo a 227 ºC. En el grafico se relaciona la entalpía del sistema con el grado de avance y compuestos formados.

10 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 10 de 20 La sulfonación del naftaleno que según se controlen la condiciones de reacción se obtienen porcentajes de isómero. 96% de Alfa naftalensulfónico a 40 ºC 4% Beta naftalensulfónico C10 H8 Con Óleum: a 160 ºC 85% de Beta naftalensulfónico 15% Alfa naftalensulfónico Los alcanos se pueden sulfonar a partir de C6. Los alquenos son reacciones más fáciles y en los aromáticos se consiguen disulfonaciones y además se sulfona el nitrobenceno. Con anhídrido sulfúrico las reacciones son rápidas y el problema es controlarlas. 2.5) Métodos de sulfonación Industrialmente el proceso admite la realización por cargas o en forma continua, ésta sólo si los compuestos orgánicos poseen ciertas propiedades físicas y químicas determinadas. Por lo general la mayoría de las operaciones se efectúan por cargas o discontinuas. Las operaciones continuas se pueden hacer y son prácticas cuando; El compuesto orgánico es volátil

11 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 11 de 20 Cuando la reacción es rápida Cuando la producción es grande Las ventajas de la producción continua son múltiples (mayor producción, control y calidad), pero se requieren instalaciones más complejas y más caras lo cual se justifica sólo en grandes escalas de producción ) Sulfonaciones discontinuas En los procesos de sulfonación discontinua o por cargas, la manera de introducir los reactivos en el sulfonador depende de las propiedades físicas y químicas de los componentes a sulfonar. A modo de ejemplo se añaden estos sobre el sulfúrico fumante en los compuestos de antraquinona, e la obtención de los sulfonados del naftol, el compuesto orgánico se añade sobre el ácido sulfúrico concentrado. Existe una relación entre la concentración de SO3, y su actividad de sulfonación, de esta se deduce que a menos que se disponga de un procedimiento capaz de eliminar el agua formada la velocidad de la reacción irá decreciendo gradualmente. En caso contrario la reacción se detendrá al llegar a cierta concentración de SO3, o del H2SO4 diferente para cada compuesto orgánico sometido a la sulfonación. Con una adecuada separación del agua formada como consecuencia un menor consumo de ácido sulfúrico. Los métodos industriales usados son con la siguiente base: -uso de óleum o anhídrido sulfúrico en lugar del ácido sulfúrico. -Extracción de producto formado del reactor a medida que se produce. -Destilar con un azeótropo el agua formada.

12 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 12 de 20 El empleo de óleum agregándolo con el compuesto orgánico, al mismo tiempo y gradualmente, sobre un gran volumen de ácido procedente de una operación anterior elimina el agua de reacción tan pronto como se forma por el anhídrido sulfúrico disuelto. En algunas sulfonaciones como el benceno, se trabaja a presión reducida para eliminar más fácilmente el agua de reacción.

13 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 13 de 20 En el procedimiento de destilación a presión parcial nos basamos en la capacidad del diluyente, o de un exceso de reactivo volátil (como la utilización de solventes que formen mezclas azeotrópicas con el agua permitiendo la extracción del reactor), para la separación del agua de reacción a medida que se forma, y de aquí que puede mantenerse una concentración elevada de ácido sulfúrico. Manteniendo una concentración elevada de sulfúrico, no es necesario utilizar exceso del mismo ) Procedimiento Guyot. Sulfonación del Benceno Se calienta en un recipiente cerrado ácido sulfúrico de 90% a 92% de 95C a 110C y se hacen pasar a su través los vapores de benceno producidos en una caldera especial, que llegan por una tubería que desemboca debajo de un plato de fundición perforado, colocado debajo del fondo del aparato de sulfonación. Los vapores que salen del reactor (destilación azeotrópica) se condensan en un intercambiador de calor y caen en un depósito en el que se separan las dos capas de agua y benceno, el benceno recuperado de esta forma vuelve al sulfonador. Este procedimiento operando por cargas necesita de catorce horas y de 6 a 8 moles de benceno por cada uno que reacciona ) Sulfonaciones continúas

14 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 14 de 20 Una de las formas es trabajar con seis rectores en cascada. El la sulfonación del benceno se bombea éste con óleum al primer reactor y con el flujo rebalsando a los otros se da el tiempo suficiente para la finalización de la reacción. Los primeros dos reactores se enfrían mientras que los otros son calentados Otra forma de llevar a cabo es en un aparato como el representado en la figura utilizado para la sulfonación de grasas y aceites saturados y sin saturar. El producto graso a sulfonar llega por una tubería de alimentación a una cubeta colocada en al parte superior de un tabique provisto de camisa, de la cubeta descarga la grasa por una fisura y desciende formando una fina película sobre la superficie de la pared. A la vez sobre esa película se pulveriza el agente de sulfonación mediante una boquilla que contiene ácido sulfónico, el producto formado es recogido por un plato colector que se halla en el borde inferior del tabique. Con este dispositivo se logra que los reactivos se mezclen íntimamente en condiciones que se permita una excelente regulación de la temperatura y sin necesidad de emplear exceso de sulfonante. En las plantas industriales la sulfonación en película se realiza con los siguientes diseños: 1) Reactor rotativo: La materia prima a sulfonar es introducida por la parte inferior entre un estator fijo y un rotor que presentan una superficie con aletas que remueven el producto. El rotor y estator están refrigerados para controlar la temperatura de reacción. Se utiliza como agente sulfonante al anhídrido sulfúrico con aire seco para controlar la concentración y la velocidad de reacción. El material de las instalaciones es el acero inoxidable 316 dado que resiste muy bien a los ácidos sulfúricos diluidos.

15 Industrias II 7218 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 15 de 20 2) Reactor multitubo laminar: La otra forma muy moderna de obtener la gran cantidad de detergentes y tensioáctivos para uso doméstico como lavavajillas, detergentes de lavado de ropa y shampoo es utilizar un reactor multitubo de película descendente como el diseño Ballestra donde el agente sulfonador ingresa por un alimentador central en cada uno de los tubo del rector. Como se ve en la figura el diseño básico es el de un intercambiador de casco y tubo vertical.

16 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 16 de 20 La materia prima ingresa por la parte superior a presión, su caudal se calibra por fino agujero realizado en material ágata y es distribuido en todo el perímetro interior de cada tubo. La reacción va desarrollándose en el camino descendente y su temperatura se controla por la refrigeración del lado carcasa. La instalación completa de ultima tecnología comprende a la instalación de generación del agente, mezcla de anhídrido sulfúrico y aire seco, el reactor propiamente dicho, la etapa de purificación de gases de venteo y la de terminación del producto elaborado. La obtención del agente puede conseguirse por tres caminos según la disponibilidad de la materia prima y el volumen de inversión a realizar. Ellos son -Generador a partir de azufre, el de mayor inversión y menor costo de materias primas -Destilación de óleum. -Compra de anhídrido sulfúrico líquido escasa disponibilidad En el cuadro adjunto se pueden ver los pasos:

17 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 17 de 20 La sulfonación ó sulfatación se lleva a cabo en el reactor multitubo.los gases de escape están compuesto por exceso de aire, nitrógeno, SO2, SO3 y niebla del producto sulfonado y de la materia prima que no reaccionó. Estos gases se limpian antes de enviarse a la atmósfera siguiendo las siguientes operaciones: -Separación de niebla con un demister separador que favorece la precipitación de las gotas de líquido. -Eliminación del SO3 residual por la acción de una corriente lavadora de agua. -El SO2 que no se retiene en las operaciones anteriores es neutralizado con una corriente de soda cáustica para formar sulfito de sodio. El producto terminado se deja un tiempo en digestor para su homogenización y luego se hidrata para la formación del ácido sulfónico correspondiente. En sulfataciones el proceso tiene algunos cambios que se detallan en el flow sheet adjunto. El ácido sulfónico finalmente se neutraliza quedando listo para la producción de agente tensioactivo En la tabla siguiente se detallan las especificaciones y los consumos específicos:

18 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 18 de 20 Especificación del producto terminado: DODECILBENCENO SULFONADO DE SODIO Materia activa 42/45 % Aceite libre no sulfonado / sobre activo 1.5% Sulfato de sodio/ sobre activo 1.5% Color Klett 50/60 LAURILSULFATO DE SODIO Materia activa 30 % Aceite libre no sulfonado / sobre activo 2 / 3% Sulfato de sodio/ sobre activo 1.5% Color Klett 40/50 LAURILETOXISULFATO DE SODIO Materia activa 30 % Aceite libre no sulfonado / sobre activo 2 % Sulfato de sodio/ sobre activo 1.5% Color Klett 40/50 ALCOHOL DE SEBO Materia activa 30 % Aceite libre no sulfonado / sobre activo 4 / 5% Sulfato de sodio/ sobre activo 2 % Color Klett 70/150 Consumos específicos y rendimientos Referencias: 500 Kg. /h de materia prima 100% Alquilado de 245 PM Gas de sulfonación 4% en volumen de SO3 Consumos del proceso por combustión de azufre Azufre 99,5% 52 Kg. /h Energía eléctrica 55 Kwh. Vapor saturado 7 atm 28 Kg. /h

19 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 19 de 20 Agua enfriamiento 25 ºC 2 atm. 15m3/h 2.6) Factores físicos y químicos que influyen en la sulfonación Los productos resultantes de la sulfonación dependen de múltiples factores y que estos no afectan sólo al grado sino también el curso de la misma. Algunos de estos factores son: Concentración de agente de sulfonación Temperatura de reacción Tiempo de reacción Catalizadores y coadyuvantes Disolventes Influencia de la concentración de SO3 en la sulfonación: Cuando se emplea ácido sulfúrico se sabe que se detiene la reacción cuando se alcanza una concentración determinada de SO3 diferente para cada compuesto que se trate de sulfonar. Guyot designó esa concentración límite de SO3 como pi, y encontró que en la preparación del ácido bencensulfónico, la sulfonación se detiene prescindiendo de los factores, temperatura, agitación y catalizadores (si el valor de pi es de 64% que corresponde al hidrato H2SO4.1/2H2O), quiere decir que cuando se llega a esa concentración de SO3 no tiene ya lugar reacción alguna. Esto indica que en los métodos ordinarios se consume una cantidad de ácido excesiva. La forma de continuar desplazando la reacción hacia la derecha es incorporando mayor cantidad de SO3 (óleum, por ejemplo) o extrayendo el agua formada (destilación azeotrópica, por ejemplo) Influencia de la temperatura de reacción: Al aumentar la temperatura de trabajo se aumenta la velocidad y el grado de sulfonación. Hay que tener cuidado en el control de la temperatura ya que un exceso de esta hace tender la reacción a la polisulfonación, por esto se hace necesario en la práctica operar con condiciones térmicas y con las proporciones de reactivos adecuadas para obtener la menor cantidad posible de los productos que impurifican al principal. La temperatura de sulfonación puede también influir en la orientación de los grupos sulfónicos (como en la sulfonación del tolueno y de los derivados del naftaleno).

20 Sulfonación Autor Jorge Descalzi Página 20 de 20 Influencia del tiempo de reacción: Por lo general, siempre que se prolonga el tiempo de reacción por más tiempo del necesario, se forman impurezas que si bien no son muchas en cantidad, pueden resultar difíciles de separar del producto principal. Influencia de los Catalizadores y coadyuvantes de la sulfonación: En los procesos de sulfonación existe una serie de sustancias que pueden ejercer una influencia en la orientación, por ejemplo los compuestos de mercurio, o bien acelerar la reacción normal sin tener ningún efecto sobre las posiciones que ocupan los grupos sulfónicos, como ocurre en los compuestos del vanadio. De esto se desprende que en algunas sulfonaciones es esencial la presencia de un catalizador; mientras que en otras lo que determina se uso es alguna ventaja económica. Algunas sustancias usadas como catalizadores en sulfonaciones son: Mercurio y sus sales Vanadio, sus óxidos y sus sales disueltas Carbonatos alcalinos y piridina Ácido bórico y trifluoruro de boro 2.8) Bibliografía Enciclopedia Química Kirk & Othmer Química Orgánica Morrison Boyd Procesos Unitarios de Química Orgánica P.H Groggins Química Orgánica para estudiantes de Ingeniería Vega Juan Enciclopedia de la Industria Química Ullman Equipos y procesos Ballestra y otros