SÍNTESIS Y ANÁLISIS DE PROCESOS

SÍNTESIS DEL ANHÍDRIDO MALÉICO A PARTIR DEL N-BUTANO

INTEGRANTES:

MARIO ALFONSO FERREIRA RIVERA

PABLO JUNIOR MARTÍNEZ CORTINA

ALEJANDRO VERGEL USECHE

PROFESOR:

RAMIRO MARTÍNEZ

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍA FISICOQUÍMICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

BUCARAMANGA-SANTANDER

SEMESTRE I

2017
 ANHÍDRIDO MALÉICO

IDENTIDAD DE LA SUSTANCIA QUÍMICA

Fórmula Molecular: C4H2O3

Estructura Molecular:

SINÓNIMOS:

Cis-Anhídrido butanodióico; 2,5-Furandiona; Anhídrido Toxílico; Anhídrido

Butanodióico.

DESCRIPCIÓN DEL ANHÍDRIDO MALÉICO:

En su forma pura, el Anhídrido Maléico es un sólido cristalino incoloro o blanco de

olor acre, cuya estructura química es ideal para las reacciones de síntesis, irritante
y muy corrosivo. En solución con agua es un ácido fuerte que reacciona de forma
violenta con bases y oxidantes fuertes.

COMPOSICIÓN / INFORMACIÓN DE LOS INGREDIENTES:

Esta sustancia se comercializa en forma de sólidos cristalinos con una pureza de

99.50%

REACCIONES QUÍMICAS PRINCIPALES:

Salida
Entrada Agua (H2O)
N-butano (C4H10) Dióxido de carbono (CO2)
Oxigeno (O2) Monóxido de carbono (CO)
Anhídrido maléico (C4H2O3)
PRODUCCIÓN:

La producción de Anhídrido Maléico se puede llevar a cabo a partir de materias

primas como el n-butano, benceno y buteno, pueden utilizar los métodos de lecho
fijo, lecho fluidizado y lecho de transporte.
 PROCESO DE LECHO FIJO: En éste proceso, el catalizador de vanadio se
introduce en el reactor tubular. La concentración de hidrocarburos en el gas
alimentado al reactor está exactamente por debajo del límite de explosión de
1.8% mol. El efecto del catalizador de Vanadio se puede reflejar en la
reducción del calor de reacción en 600KJ. Debido al incremento en la
formación de Agua en el proceso, la productividad del proceso hacia la
obtención del Anhídrido Maléico disminuye considerablemente. De igual
manera los requerimientos energéticos son mayores para realizar la
separación del producto en cuestión.

En general para la separación del Anhídrido Maléico se utiliza un proceso de

absorción con solventes orgánicos. Cerca del 98% del Anhídrido se separa de la
corriente de salida del reactor, y una etapa posterior de destilación fraccionada
permite la separación de los solventes.

 PROCESO DE LECHO FLUIDIZADO: En el proceso de lecho fluidizado se

presenta un perfil de temperaturas uniforme, lo cual mejora la selectividad de
la reacción. Sin embargo, están presentes dificultades como el estrés
mecánico sobre el catalizador, la abrasión y la erosión de la superficie de
intercambio de calor. Otro efecto positivo del uso de lecho fluido es el manejo
de altas concentraciones de hidrocarburo cargado en comparación con los
sistemas de lecho fijo.

 PROCESO DE LECHO DE TRANSPORTE: El proceso de reacción de lecho

de transporte requiere dos reactores. El primero utiliza catalizador para la
oxidación del hidrocarburo, que se regenera por la acción del oxígeno
atmosférico. El catalizador regenerado se separado del oxígeno contenido en
el gas. Posteriormente se pasa al segundo reactor donde ocurre la conversión
a Anhídrido Maléico por reacción con oxígeno proveniente del primer reactor.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO (LECHO FIJO UTILIZADO HABITUALMENTE):

El n-butano entra en un evaporador y posteriormente se mezcla con una corriente

de aire comprimido antes de entrar al reactor (lecho fijo). Los vapores de anhídrido
maléico que salen de reactor entran a un condensador del cual se obtiene este
producto crudo y se envía a un tanque de almacenamiento. Los vapores no
condensados son enviados a un escurridor en el cual pasa agua para obtener
ácido maléico, después se envía a una torre de deshidratación de donde se
obtiene anhídrido maléico puro y se envía al tanque de almacenamiento.
Finalmente, el producto final es enviado a una torre purificadora.
Este proceso tiene un rendimiento del 60%, conversión del 70-85% y una
selectividad del 85%, las reacciones se llevan a cabo a una temperatura de 350-
450°C, y presiones 2-3 bar.

RUTA SINTESIS DEL ANHÍDRIDO MALÉICO:

MATERIAS PRIMAS: N-BUTANO

PRECIOS DE MATERIA PRIMA

N- BUTANO.
Kilogramo España: 12,28 EUR = 37.294,26 COP
Kilogramo USA: 8.4 USD = 24.245,82 COP

PRECIOS PRODUCTO PRINCIPAL

ANHÍDRIDO MALÉICO
Kilogramo USA: 30 USD = 85.554,44 COP

CONDICIONES DE OPERACIÓN

Temperatura: 350-450°C
Presión: 2-3 bar
Velocidades espaciales: 1100-2600h-1
Concentraciones en la alimentación: menores al 2%
Catalizadores: oxido de vanadio con fósforo (VPO)

PROPIEDADES FÍSICAS:

Tabla: Propiedades físicas para el Anhídrido Maléico

PROPIEDADES QUÍMICAS:

Este material se considera estable. Sin embargo, debe mantenerse alejado de la

humedad, el calor o la llama. Reacciona con Agua para formar el Ácido Maléico. A
bajas temperaturas, con la adición de alcoholes, permite la formación de
semiésteres; mientras que, a elevada temperatura con presencia de catalizadores
de esterificación, se elimina Agua produciendo di ésteres. La adición de amoniaco
o aminas al Anhídrido Maléico genera las semiaminas correspondientes; las
cuales pueden ser convertidas en imidas cíclicas por medio de la eliminación del
Agua de la reacción.
La alta reactividad del Anhídrido Maléico se debe a la presencia del doble enlace
en la estructura. La adición de sustancias halógenas permite la formación de
anhídridos maléicos succínicos mono o di halogenados, dependiendo de las
condiciones de reacción. La hidrogenación produce Anhídrido succínico, 1,4-
butanodiol, tetrahidrofurano o butirolactona, dependiendo de las condiciones de
reacción.
Por la adición de olefinas se forman anhídridos alquenosuccínicos. El Anhídrido
Maléico es utilizado para reacciones de homo polimerización y copolimerización.
 Reacciones con el Grupo Carbonilo
FORMACIÓN DE CLORURO ACIDO: Por medio del calentamiento del Anhídrido
Maléico con penta Cloruro de fósforo o Cloruro de tionilo en presencia de hierro
produce diclorolactona isomérica denominada a menudo como Cloruro Maléico.

 REACCIÓN DE ESTERIFICACIÓN: Por medio del calentamiento de alcohol y

Anhídrido Maléico en presencia del Ácido sulfúrico son producidos el mono y
dialquil maleatos, Éstos son preparados por la reacción del Anhídrido Maléico
con Fenoles en presencia de pentóxido de fósforo o Acido polifosfórico.

 REACCIÓN DE AMIDACIÓN: Produce un polímero blanco y Dióxido de

Carbono cuando es calentado con aminas ternarias o álcali. Una vez es
iniciada la reacción la descarboxilación es autocatalizada con la producción de
una explosión.

 REACCIONES DE ACILACION: Reacciona con hidrocarburos aromáticos en

la presencia de Ácidos fuertes para producir Acido ß-aroilacrilico; sin embargo,
mejores productos son obtenidos con solventes donde el Anhídrido Maléico es
totalmente soluble.

 REACCIONES DE GRIGNARD Y RELACIONADAS: Consiste en una reacción

de adición nucleofílica de agentes organometálicos con los grupos carbonilo
del Anhídrido Maléico.
 Reacciones de los Dobles Enlaces

 REACCIONES NUCLEOFÍLICAS: Debido a la capacidad de remoción de

electrones del grupo carbonilo en el Anhídrido Maléico; el Carbono ß es
altamente susceptible al ataque de agentes nucleofílicos. Gracias a éste
comportamiento, aductos de Tioles pueden ser obtenidos por medio del
Anhídrido Maléico. Sustancias como Fosfatos y Fosfitos pueden actuar como
agentes nucleofílicos con el Anhídrido Maléico para la producción de aductos
estables.

 REACCIONES ELECTROFÍLICAS: Muchos agentes electrofílicos pueden

atacar el enlace doble de la molécula del Anhídrido Maléico, como por ejemplo
las reacciones de adición con el Agua, Halógenos Ácidos, hidrocarburos
aromáticos, Fenoles y trióxidos de Azufre; para la producción de variados
productos como los glioxalatos.

 REACCIONES DE RADICALES LIBRES: La adición de Peróxido catalizado

con alquilbencenos al Anhídrido Maléico produce anhídridos
aralquilsuccinicos. El Anhídrido Maléico puede ser homo polimerizado por
medio de radiaciones gamma, iniciadoras de radicales libres o radiaciones
ultravioletas. La reacción por radicales libres del Anhídrido Maléico a
diferentes oleofinas ha generado una variada serie de polímeros de diferentes
propiedades.

 ISOMERIZACIÓN: El Anhídrido Maléico es isomerizado a los isómeros trans

por medio de diferentes métodos físicos y químicos.

 REACCIONES COPERATIVAS NO POLARES: Adiciones - 1,4. Denominadas

reacciones ene, puede producir una cicloadición a través de un estado de alta
restricción cíclica.

 REACCIONES FOTOQUÍMICAS: Por medio de éstas pueden ocurrir

reacciones de cicloadición con la unión de cuatro anillos; es decir, en
productos como los derivados del ciclobutano. Cuando la sustancia es
activada por la aparición de la luz; produciéndose una carga de transferencia
entre el Anhídrido y el hidrocarburo.

 REACCIONES DE REDUCCIÓN: La reducción del Anhídrido Maléico es

llevada a cabo por medio de métodos químicos y catalíticos. La Dimida
preparada por la oxidación de hidracina con aire o Peróxido son los
componentes más convenientes para la reacción de reducción del Anhídrido
Maléico.
INCOMPATIBILIDADES:

El Anhídrido Maléico es un producto estable en condiciones ordinarias de uso y

almacenamiento; aunque se sublima fácilmente y reacciona con la humedad.
Cuando esto ocurre se descompone lentamente formando Acido Maléico, que es
un Acido fuerte aún disuelto en Agua; por lo tanto, se debe mantener el envase
que lo contiene bien cerrado para prevenir la absorción de humedad. El contacto
con aminas, bases y Ácidos fuertes y con metales en polvo puede generar
reacciones violentas con gran liberación de calor. Reacciona de forma violenta
ante agentes extintores en polvo

APLICACIONES Y USOS:

Se usa en la elaboración de resinas alquidicas y resinas poliéster insaturadas

(moldes y recubrimientos). Elaboración de herbicidas, insecticidas e inhibidores
Muchas sustancias químicas comerciales se pueden obtener a partir del Anhídrido
Maléico como: Acido fumárico, Acido succínico, Acido aspártico, ácido maléico
(alimentos y resinas) y el Ácido tartárico. El Ácido sulfocínico producido a partir del
Anhídrido Maléico es utilizado para la producción de agentes humectantes.
Muchos de los derivados del Anhídrido Maléico tienen importancia en la industria
farmacéutica, textiles, químicos para fotografía, agentes de actividad superficial,
agentes de bronceado y aditivos del petróleo.

Como consecuencia de las propiedades de reactividad dadas por los dobles

enlaces del anillo, el Anhídrido Maléico se puede utilizar para en reacciones de
policondensación y poliadición. La mayor aplicación del Anhídrido Maléico es la
producción de resinas por medio de la reacción de esterificación. La reacción de
poliadición permite la generación de moléculas tridimensionales que participan en
la generación de resinas de alta resistencia.
Comercialmente los productos más relevantes obtenidos a partir del Anhídrido
Maléico son las resinas de poliéster y alquílicas, lacas, plastificantes, copolímeros
y lubricantes.

Las resinas de poliéster son utilizadas con fibra de vidrio, y otros materiales de
refuerzo para producir gran cantidad de piezas moldeadas rígidas. Estas piezas
son utilizadas en partes para vehículos, paneles para construcción, botes, tanques
de almacenamiento para sustancias químicas, tuberías de bajo peso, domos de
radares y tinas para baño.

El Anhídrido tetrahidoftálico es formado a partir de Anhídrido Maléico y butadieno;

es utilizado como agente anhidro de curado para las resinas epóxicas.

Se utiliza en la producción de pesticidas e inhibidores de crecimiento. Cuando

cantidades de Anhídrido Maléico son adicionadas a aceites secantes, el Anhídrido
reduce el tiempo de curado y mejora las propiedades de las lacas.
DIAGRAMA DE FLUJO PFD DEL PROCESO DE SINTESIS DEL ANHIDRIDO
MALEICO A PARTIR DEL N-BUTANO:

La producción de anhídrido maléico mediante la oxidación de n-butano es hoy en

día un procedimiento muy conocido y practicado comercialmente. Principalmente,
el anhídrido maleico se produce poniendo n-butano mezclado con aire en contacto
con un catalizador de oxidación, tal como un catalizador de VPO, bajo condiciones
tales que el n-butano se oxida a anhídrido maleico. En prácticas convencionales,
el efluente procedente de este reactor se puede enfriar para condensar
parcialmente el producto de anhídrido maleico a partir de los gases efluentes. El
producto gaseoso, con o sin separación parcial de anhídrido maleico, se lava
usando un disolvente, normalmente agua o acetona, para recuperar todo el
producto de anhídrido maleico. Normalmente los gases residuales, que contienen
n-butano sin convertir, se incineran en un incinerador de gases efluentes antes de
ponerlos en comunicación con la atmósfera.

Este proceso está basado en la recuperación de anhídrido maléico por medio de

un solvente orgánico conocido como acetona (220 gr/100 ml), este proceso está
sustentado en una tecnología bien conocida con un reactor de lecho fijo.