Modelado cinético de la síntesis de 1,3-butadieno a partir de etanol y acetaldehído sobre un catalizador de Ta2O5/SBA-15

Abstract

En este Trabajo Fin de Máster se ha desarrollado un modelo cinético basado en datos experimentales para la producción de 1,3-butadieno a partir de la mezcla de etanol y acetaldehído mediante el método de dos pasos, utilizando como catalizador el óxido de tántalo en una sílice mesoporosa, Ta2O5/SBA-15. La producción de butadieno sostenible y de bajo coste es un proceso de gran interés surgido en los últimos años ya que utilizando alternativas de mejora de producción se reducen las emisiones de contaminantes. Para llevar a cabo la producción de 1,3- butadieno se determina un modelo cinético con el cual se obtienen los parámetros cinéticos de las reacciones del modelo, entre ellos se encuentran los coeficientes estequiométricos, las energías de activación y las constantes cinéticas para cada reacción. Para realizar el procedimiento de ajuste del modelo cinético de reacción se propone un esquema de reacción, es decir, una serie de reacciones con sus ecuaciones de reacción en función de los datos obtenidos en el laboratorio, y en función de las curvas cinéticas obtenidas. Seguidamente se procede al cálculo de los parámetros cinéticos iniciales obtenidos mediante regresión lineal mediante el método aproximado. Estos parámetros fueron los valores de partida en el modelo riguroso. El ajuste mediante el modelo riguroso implicaba la integración de las ecuaciones diferenciales de balance por lo que se obtuvieron mediante algoritmos y funciones implementadas en MATLAB. Y finalmente, se calcularon los intervalos de confianza para los parámetros cinéticos óptimos y se realizó una comprobación o validación del modelo cinético de reacción. Los resultados para el modelo cinético de reacción propuesto indican que el modelo predice adecuadamente los valores experimentales de los parámetros cinéticos, siendo de una precisión mayor el ajuste realizado a través del método riguroso.

The Master's Thesis is a kinetic model develop based on experimental data for the production of 1,3- butadiene from the mixture of ethanol and acetaldehyde using the two-step method. Using the oxide of tantalum in a mesoporous silica, Ta2O5 / SBA-15 as catalyst. The production of low-cost and sustainable butadiene is a process of great interest that has emerged in recent years using improvement alternatives of production to reduce pollutant emissions. To carry out 1,3-butadiene production a kinetic model is determined, with which the kinetic parameters of the model reactions are obtained, among them are the stoichiometric coefficients, the activation energies and the kinetic constants for each reaction. In order to carry out the adjustment procedure of the kinetic reaction model a reaction scheme is proposed, a series of reactions with their reaction equations based on the data obtained in the laboratory, and based on the obtained kinetic curves. Next, the initial kinetic parameters are obtained by linear regression. They are calculated by using the approximate method. These parameters were the starting values in the rigorous model. The adjustment of the rigorous model implied the integration of differential balance equations. They were obtained using algorithms and functions implemented in MATLAB. Finally, the confidence intervals for the optimal kinetic parameters were calculated and a check or validation of the reaction kinetic model was performed. The results for the proposed kinetic reaction model indicate that the model adequately predicts the experimental values of the kinetic parameters and the adjustment made through the rigorous method being of greater precision.