OBTENCIN DEL ACETALDEHIDO

El acetaldehdo, tambin conocido como etanal, es un compuesto orgnico de

frmula CH3CHO. Es un lquido voltil, incoloro y con un olor caracterstico
ligeramente afrutado.
El acetaldehdo fue sintetizado por primera vez en 1782 por George Heinrich
Adolf Scheele, un botnico alemn, mediante la oxidacin de etanol con dixido
de manganeso. Pero su frmula no fue averiguada hasta 1835 por Justus Von
Liebig, un qumico alemn.
El acetaldehdo es usado primordialmente como producto intermedio en la
produccin de otros productos qumicos orgnicos, medicamentos y plsticos,
como por ejemplo, el cido actico, el anhdrido actico, el n-butanol, el 2etilhexanol, el cloral, la piridina, el crotonaldehido, el cido lctico, las
alquiilaminas, etc.
Las materias primas principales para la obtencin del acetaldehdo han sido
etanol, acetileno, etileno y fracciones de hidrocarburos.
Caracterizacin y aplicacin de acetaldehdo
El acetaldehido fue preparado por primera vez por Scheele en 1774 mediante
la oxidacin de etanol con dixido de manganeso (MnO2) en presencia de cido
sulfrico. En 1835, Liebig estableci su estructura molecular preparando
acetaldehido puro mediante oxidacin de etanol con cido crmico. Liebig
denomin al compuesto aldehdo, de los trminos del latn al (alcohol) y
dehido (deshidrogenado). Ms tarde, en el 1881, Kutscherow observ la
formacin de acetaldehido mediante la adicin de agua al acetileno.

El acetaldehido se obtiene como producto en la mayora de oxidaciones de

hidrocarburos. Es un producto intermedio en el metabolismo de plantas y
animales, en los cuales se detecta en pequeas cantidades. El acetaldehido en
grandes cantidades interfiere con los procesos biolgicos. Es tambin un
intermedio de los procesos de fermentacin, pero se reduce inmediatamente a
etanol. Se puede formar en el vino y dems bebidas alcohlicas despus de su
exposicin al aire, confirindoles un sabor desagradable.

Propiedades fsicas
El acetaldehdo tambin denominado etanal, es un lquido incoloro, mvil, de
olor asfixiante y penetrante. Cuando se encuentra diluido pasa a tener un olor
afrutado agradable. Es completamente miscible en agua y en la mayora de los
solventes orgnicos comunes.
Tabla 1. Propiedades fsicas del acetaldehdo

Propiedades qumicas
El acetaldehdo es un compuesto altamente reactivo. Reacciones de oxidacin,
hidrogenacin, condensacin, adiccin y polimerizacin son ejemplos de su
reactividad.
Mtodos de obtencin de acetaldehdo
La produccin comercial de acetaldehdo se lleva a cabo mediante hidratacin
de acetileno, oxidacin parcial de etanol o deshidrogenacin de etanol,
oxidacin parcial de hidrocarburos saturados y oxidacin directa de etileno.
Actualmente, la oxidacin en fase lquida del etileno es la principal ruta
comercial de produccin de acetaldehdo.

Hidratacin de acetileno

La hidratacin de acetileno constituy la principal va de produccin comercial

de acetaldehdo desde 1916 hasta mediados de la dcada de los setenta,
cuando este proceso fue prcticamente reemplazado por la oxidacin directa
del etileno.
El acetileno de alta pureza y a una presin de 103.4 kPa (15 psi) se hace pasar
a travs de un reactor vertical que contiene la solucin cataltica de sales de
mercurio en cido sulfrico al 18-25% y a una temperatura de entre 70-90C.
La conversin del acetileno por paso es del 55%.

La reaccin que tiene lugar es la siguiente:

Los gases de salida del reactor se enfran y se pasan a una columna de

absorcin, en la que con agua, se recupera el acetaldehdo que pueda
permanecer en fase vapor. El acetaldehdo crudo se purifica posteriormente
mediante destilacin y el exceso de acetileno que sale por cabezas de la
columna de absorcin se recircula al reactor.

Figura 1. Esquema ilustrativo de la produccin de acetaldehdo mediante

hidratacin de
acetileno.
El catalizador fresco se introduca al reactor de manera peridica en forma de
mercurio metal, si bien es sabido que la actividad cataltica se debe a los
complejos inicos a los que da lugar. El consumo de mercurio es de alrededor
del 0,1% relativamente al acetaldehdo formado.
Durante la reaccin, los iones catalticos de mercurio (+2) se reducen a sulfato
de mercurio (+1), catalticamente inactivo y a mercurio metlico, dando lugar a
unos lodos que deben ser retirados peridicamente del reactor. La velocidad de
agotamiento del catalizador y por tanto, la cantidad de lodos generados, se
puede reducir aadiendo a la solucin cataltica iones hierro (+3) que actan
reoxidando los iones mercurio (+1) a iones mercurio (+2), la especie
catalticamente activa.
La porcin de lodos retirados del reactor son tratados antes de volver a
introducirlos. Los lodos se desgasifican, se filtran, se tratan con cido ntrico

(para reoxidar las sales ferrosas a hierro metal) y por ltimo, se les eliminan los
xidos de nitrgeno.
Existe una alternativa a este proceso, en la cual el acetileno se hidrata
completamente con agua para dar lugar a acetaldehdo. Esta operacin tiene
lugar a una temperatura de entre 68-73C y presin atmosfrica, usando como
catalizador una solucin de sales de mercurio-hierro.
La corriente de colas del reactor conteniendo solucin cataltica y acetaldehdo
es sometida a una destilacin a vaco, aprovechando para ello el calor
generado durante la reaccin. En el proceso se separa el acetaldehdo de la
solucin cataltica, que se recircula al reactor. El acetaldehdo en fase gas se
enfra a 35 C, se comprime hasta 2,5 atm y condensa. Por ltimo se somete a
una ltima destilacin para separar el acetaldehdo de otros compuestos
voltiles.

Figura 2. Esquema ilustrativo de produccin de acetaldehdo por hidratacin

total de
acetaldehdo.

Oxidacin de etanol

La oxidacin de etanol es el mtodo ms eficaz y ms antiguo para producir

acetaldehido en el laboratorio.
En el proceso comercial, el etanol se oxida catalticamente con oxgeno o aire
en la fase vapor siendo los catalizadores ms utilizados el cobre, la plata y sus
xidos y aleaciones. La reaccin que tiene lugar es la siguiente:

El etanol en fase vapor se mezcla con aire precalentado y se hace pasar sobre
el catalizador de plata que contiene el reactor a 500-650 C y presin
atmosfrica. La temperatura de la reaccin depende de la relacin alcohol-aire
y de la velocidad de circulacin del gas sobre el catalizador. La conversin del
alcohol vara entre el 50 y el 70% (si el reactor es multitubular se puede
alcanzar una conversin del 74-82%) y la produccin se encuentra entre el 9799% dependiendo de las condiciones de reaccin.
El acetaldehdo y el etanol no reaccionados se eliminan de la corriente de
salida del reactor lavndola con etanol fro. La corriente de salida del scrubber
se somete a una destilacin fraccionada en la cual se separa por cabezas el
acetaldehdo. El residuo de colas de la columna de destilacin, formada
fundamentalmente por agua y etanol, junto a pequeas cantidades de cido
actico y cido frmico entre otros, se lleva a una segunda columna de
destilacin para separar el etanol que se recircular al reactor. El residuo de la
segunda columna de destilacin por su composicin podr recibir un
tratamiento biolgico.
Los gases de salida de la torre de absorcin de acetaldehdo se vuelven a lavar
con agua fra para recuperar los posibles restos de etanol y acetaldehdo quela
corriente pueda contener.
Los gases de salida de esta segunda torre de absorcin formados
principalmente por nitrgeno, hidrgeno, metano, monxido de carbono y
dixido de carbono se queman en los generadores de vapor (los gases se
denominan como gases pobres pues tienen bajo poder calorfico).

Figura 3. Esquema ilustrativo de produccin de acetaldehdo mediante

oxidacin de etanol.

El calor generado en la reaccin se utiliza para producir vapor usando un

sistema de recuperacin calor-residuo inmediatamente despus de la zona de
reaccin.

Deshidrogenacin de etanol

El acetaldehdo tambin puede obtenerse a partir del etanol por

deshidrogenacin usando como catalizador una mezcla de xido de cromo,
Cr2O3, y de cobre. La reaccin que tiene lugar es la siguiente:
El etanol
en fase
vapor se
hace pasar a travs del catalizador de cromo-cobre que contiene el reactor
tubular a una temperatura de 260-290C y a presin atmosfrica. La
conversin del etanol oscila entre el 30-50% por paso dependiendo de la
velocidad del flujo del alcohol y de la temperatura de reaccin.
La corriente gaseosa de salida del reactor se enfra y se lava con etanol y agua,
producindose la separacin del acetaldehdo y del etanol y dando lugar a una
corriente gaseosa formada fundamentalmente por hidrgeno (por cada mol de
etanol de genera un mol de hidrgeno), pero que tambin contiene pequeas
cantidades de metano y dixido de carbono. Esta corriente gaseosa de
hidrgeno se enva a una antorcha y se quema.
La corriente lquida que contiene acetaldehdo y etanol pasa a una columna de
destilacin en la cual se separa el acetaldehdo por cabezas. La corriente de
colas de la columna de destilacin se enva a otra columna de destilacin en la
cual se separa el etanol del agua y de otros productos como cido butrico,
acetato de etilo o crotonaldehido. El etanol en exceso recuperado se recircula
al reactor.

Oxidacin parcial de hidrocarburos saturados

El acetaldehdo aparece como un coproducto en la oxidacin parcial en fase

vapor de hidrocarburos saturados como el butano, el propano o mezclas de
ambos. El agente oxidante empleado es oxgeno o aire.
Este proceso de produccin de acetaldehdo no es muy relevante desde el
punto de vista comercial puesto que no es selectivo y es necesaria la
recuperacin de una amplia gama de compuestos qumicos. A continuacin, se
refleja para el caso de la oxidacin del butano los productos y subproductos
que se generan: como productos principales se obtienen acetaldehdo,
formaldehido, metanol y acetona pero adems, en menores cantidades, se
obtienen otros aldehdos, alcoholes, cetonas, glicoles, acetales, epxidos y
cidos orgnicos.

Oxidacin de etileno

Wacker-Chimie y Farbwerker Hoeschst desarrollaron entre 1957 y 1959 la

oxidacin parcial en fase lquida del etileno a acetaldehido, usando como
catalizador una disolucin acuosa de cloruros de paladio y de cobre (PdCl2 y
CuCl2).
El proceso tambin conocido como proceso Wacker-Hoeschst, es la principal va
de obtencin comercial de acetaldehido.
El proceso se representa sencillamente como la oxidacin directa y cataltica
del etileno por la siguiente reaccin exotrmica:

En realidad, la reaccin no tiene lugar en una nica etapa sino que el

mecanismo es bastante ms complejo, involucrando reacciones de formacin
de complejos intermedios y reacciones de oxidacin-reduccin.
El proceso est basado en tres reacciones qumicas:

La reaccin (1) es suficiente para la produccin de acetaldehdo. Como se

observa la propia funcin cataltica reside en la especie PdCl2, que forma un
complejo con el etileno y un cambio de ligandos. Sin embargo, esta reaccin
por s sola no da lugar a un proceso comercialmente viable para la obtencin
de acetaldehdo puesto que se necesitan grandes cantidades de cloruro de
paladio, al desactivarse este durante la reaccin. As se introducen las
reacciones (2) y (3), que permiten regenerar la especie cataltica y hacer el
proceso viable comercialmente.
En la reaccin (2), el paladio metlico se reoxida a PdCl2 mediante CuCl2 que
se reduce a CuCl, siendo regenerado en la reaccin (3) con oxgeno. La
reoxidacin del Pd0 no se lleva a cabo con oxgeno directamente porque la
reaccin es muy lenta. Se utiliza como agente oxidante el CuCl2 porque el
proceso redox es ms rpido y porque el cobre monovalente del CuCl se oxida

fcilmente con oxgeno a cobre divalente. Cabe destacar que la cantidad de

PdCl2 necesaria para la conversin del etileno a acetaldehdo es muy pequea.
Uno de los principales problemas de esta va de obtencin de acetaldehdo son
las propiedades extremadamente corrosivas de la solucin cataltica.
Habitualmente se utilizan equipos de titanio o recubiertos de material
cermico. Adems es necesario controlar cuidadosamente la composicin de
las disoluciones para mantener la conversin alcanzada en la etapa de
reaccin.
El proceso industrial puede llevarse a cabo en una o dos etapas:
En el proceso en una etapa, la reaccin de formacin de acetaldehdo y la
regeneracin del catalizador tienen lugar en el mismo reactor y se emplea
como agente oxidante oxgeno. Este proceso se explicar con ms detalle en
apartados posteriores al ser el proceso utilizado en el presente proyecto para la
produccin del acetaldehdo.

Figura 4. Esquema ilustrativo de produccin de acetaldehdo por oxidacin de

etileno en una etapa.
En el proceso en dos etapas, la reaccin de formacin de acetaldehido y la
regeneracin del catalizador tienen lugar en reactores separados y en este
caso el agente oxidante utilizado es el aire. A continuacin, se procede a
explicar con ms detenimiento el proceso en dos etapas:

El etileno se alimenta de manera continua a un reactor tubular de flujo pistn

en el cual se mezcla con la solucin cataltica acuosa de PdCl2 y CuCl2 a una
temperatura de 105-110 C y presin de 9-10 atm. La conversin del etileno es
total a la salida del reactor. La corriente de salida del reactor se somete a una
destilacin flash a presin atmosfrica de modo que se produce la evaporacin
de agua y acetaldehido. La corriente de cabezas del separador flash se lleva a
una columna de acetaldehido crudo en la cual se separa agua, que se recircula
al scrubbing de gases y a la columna de destilacin flash (para mantener
constante la concentracin de catalizador), de una disolucin de acetaldehido
ms concentrada.
La corriente lquida que sale del separador flash (disolucin cataltica) se enva
al segundo reactor, tambin tubular, en el cual se produce la oxidacin de las
sales de cobre utilizando aire para tal efecto. La solucin de sales reoxidadas
entra a un separador de fases en el cual se separan en la fase gaseosa el
oxgeno no reaccionado, inertes y algunos compuestos orgnicos.
Esta corriente gaseosa se somete a continuacin a un scrubbing para recuperar
el acetaldehdo que pudiese contener, y una vez limpia se puede usar como
gas inerte debido a que en su mayor parte es nitrgeno. Por otra parte, la
solucin de sales lquida que sale del separador se divide en dos corrientes;
una de ellas se recicla al reactor directamente y la segunda se somete a un
tratamiento trmico a 170 C para descomponer oxalato de cobre y otros
compuestos no voltiles indeseables. La corriente que sale del regenerador se
introduce directamente en la torre de destilacin flash.
La disolucin de acetaldehido ms concentrada se introduce en una columna
de destilacin de ligeros en la que por cabezas se separan sustancias de bajo
punto de ebullicin como clorometano, cloroetano o dixido de carbono. La
corriente de colas de esta columna de destilacin se introduce en una nueva
columna de destilacin en la cual se recuperan acetaldehido por cabezas,
derivados halogenados del acetaldehido por una salida lateral y un agua
residual por el fondo de la columna que contiene bsicamente cido actico y
agua.

Figura 5. Esquema ilustrativo de la produccin de acetaldehido mediante

oxidacin de etileno en dos etapas.
Por lo general, la eleccin del proceso en una o dos etapas se hace en funcin
de las materias primas y de la situacin energtica as como del precio del
oxgeno en el mercado, puesto que ambos procesos son muy similares. En
ambos casos la produccin de acetaldehido es de alrededor del 95% y los
costes de produccin son prcticamente iguales. La ventaja que en el proceso
en dos etapas constituye el uso de aire est compensada con la mayor
inversin inicial necesaria para el proceso. Adems, en ambos mtodos se
obtienen los mismos subproductos.
Aplicaciones
El acetaldehido es un importante producto intermedio en la industria qumica.
El cido actico, el anhdrido actico, el n-butanol y el 2-etilhexanol son los
principales productos de inters industrial derivados del acetaldehido.
Cantidades menores de acetaldehido se consumen en la obtencin de otros
compuestos como el pentaeritritol, trimetilpropano, piridina, cido peractico,
crotonaldehido, cloral, cido lctico y el 1,3-butileno.
Adems se utiliza como producto de partida en la sntesis de plsticos,
pinturas, lacas, en la industria del caucho, del papel y en el curtido de cuero.
Incluso se utiliza como conservante en la industria alimentaria.
DESCRIPCION GENERAL DEL PROCESO
OBTENCION DE ACETALDEHDO A PARTIR DEL ETILENO

Reactivos
Los reactivos necesarios para llevar a cabo la reaccin son el oxigeno y el
etileno. El oxigeno llega al recinto por conduccin desde la estacin de
fraccionamiento del aire prxima a las instalaciones. Este reactivo se encuentra
licuado a 8 atm y -156C. Antes de entrar al reactor se descomprime mediante
una vlvula de expansin hasta 3 atm, disminuyndose la temperatura a
-171C. Para aumentar su temperatura se hace pasar por un intercambiador de
conveccin natural donde alcanza la temperatura adecuada para entrar al
reactor, unos 20C.
El etileno se encuentra almacenado en los tanques que se dispone para este
fin en el area 100. Se trata de cuatro tanques criognicos que suministran de
forma continua el reactivo hacia la zona de reaccin. La carga de etileno se
realiza con camiones cisterna, que peridicamente traen la materia prima al
muelle de carga y descarga para realizar el llenado mediante mangueras
especiales. El etileno en los tanques se encuentra presurizado a 8 atm y y sufre
un proceso similiar al oxigeno para adecuar sus condiciones antes de entrar al
reactor. En primer lugar se descomprime a 3 atm mediante una vlvula de
expansin y a continuacin se aumenta su temperatura a 20C utilizando otro
intercambiador de conveccin. Esta corriente de etileno se introduce al reactor
junto con la recirculacin de oxigeno y etileno que viene de la torre de
absorcin.
Etapa de reaccin
El proceso de obtencin de acetaldehido se basa en la oxidacin del etileno en
una sola etapa. La reaccin tiene lugar en una columna de burbujeo a 130C y
3 atm, en la que los reactivos entran por su parte inferior en forma gas gracias
a unos dispersores radiales.
Al tratarse de un equipo a presin se disea con un espesor
sobredimensionado de 12mm. Igualmente tiene una vlvula de seguridad que
se abre en caso de superar una presin mxima a 3,5 atm.
Catalizador
El medio de reaccin consiste en una solucin lquida de catalizador formada
por una pequea cantidad de CuCl2 y PdCl2 disuelta en un medio acuoso. El
primero se encuentra en exceso mientras que el segundo est a nivel de
trazas; por ejemplo en la preparacin de una solucin de catalizador de 108 m3
se introducen unos 70 kg de CuCl2 por tan solo 0,5 kg de PdCl2. Es una
solucin altamente corrosiva, as que la construccin del reactor se ha
realizado con un acero inoxidable resistente a la corrosin recubierto de una
capa de tefln.

Reacciones implicadas
Como se ha dicho la reaccin global consiste en la oxidacin directa y cataltica
del etileno por la siguiente reaccin exotrmica:

La reaccin no tiene lugar en una nica etapa; el mecanismo es bastante ms

complejo y requiere de la accin de la solucin de catalizador, involucrando
reacciones de formacin de complejos intermedios y reacciones de oxidacinreduccin.
El proceso est basado en tres reacciones qumicas: