Características de la reacción de Transesterificación

Transesterificación:

También llamada alcohólisis. Es la reacción principal en la obtención del biodiésel y consiste básicamente en hacer reaccionar un éster con un alcohol. Para nuestro caso, el éster a usar será un triglicérido, que no es más que tres cadenas largas de ácidos grasos esterificadas a un esqueleto de glicerina. Generalmente, los alcoholes a usar son primarios o secundarios que van de 1 a 8 átomos de carbono. Por regla general, el alcohol que hacemos reaccionar es un alcohol ligero como el metanol, etanol absoluto y etanol 96 %. Este último cuidando mucho las condiciones de la reacción. Un beneficio extra que se obtiene al trabajar con etanol en lugar de metanol, es que los etil ésteres obtenidos presentan menor punto de niebla y escurrimiento, y como consecuencia, menor punto de obturación de filtro en frío, si se los compara con los metil ésteres.

Punto de Niebla: Es aquella temperatura a la que, bajo condiciones normalizadas, se observa la cristalización de parafina (alcanos) en el seno del fluido, con la consiguiente aparición de cierta turbidez.

Punto de Escurrimiento: Temperatura a la cual un aceite deja de fluir, toma el estado sólido en condiciones de presión ambiente. El Punto de Escurrimiento es la máxima temperatura (usualmente bajo cero °C) para la cual el aceite no puede moverse o deformarse con su propio peso.

Sin embargo, estos alcoholes ligeros son higroscópicos y son susceptibles de absorber moléculas de agua del aire.
Esta reacción suele ir acompañada de un catalizador. Existen varios tipos de catalizadores:


Catalizadores ácidos homogéneos: Tales como el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico o el fosfórico entre otros. Incluso se ha usado el carbonato de sodio sólido para la catalización homogénea. La velocidad de reacción es lenta, pudiendo echar un exceso de alcohol a la reacción para desplazar el equilibrio hacia el producto deseado. Otra desventaja de estos catalizadores es que la acidez del producto final no cumple con las normas establecidas. Se suelen usar más para la esterificación de ácidos grasos libres. Para este tipo de catalizadores, en el paso final, se requiere una neutralización con una base.

Catalizadores ácidos heterogéneos: Tales como las zeolitas, resinas sulfónicas, SO4/ZrO2, WO3/ZrO2. Para los catalizadores ácidos en general, se necesitan condiciones de temperaturas más altas.


Catalizadores enzimáticos: Son caros y se obtiene una velocidad más lenta. No se está usando generalmente para uso industrial, solo en laboratorios. Al usar enzimas inmovilizadas, la acidez final del producto tampoco cumple las normas exigidas y se puede llegar al problema del agotamiento del catalizador heterogéneo. El rendimiento de los metilésteres es menor que 99.7%. Un porcentaje mayor a este se requiere para un biodiesel de calidad. Un ejemplo de estos catalizadores son las lipasas: Candida, Penicillium, Pseudomonas.


Catalizadores básicos homogéneos: Se obtienen mejores resultados cinéticos con una mayor calidad del producto deseado. Los más usados son NaOH, KOH y metóxido sódico. Estos catalizadores básicos también son higroscópicos pudiendo formar agua cuando reaccionen con el alcohol, además de absorberla del aire. Si se absorbe una cantidad considerable de agua, el catalizador actuará pobremente. Se ha observado que la reacción es más rápida cuando se cataliza con un alquilo

Catalizadores básicos heterogéneos: Tales como MgO, CaO, Na/NaOH/Al2O3


En resumen, tenemos:





Variables que afectan a la reacción de transesterificación:

Entre las variables más importantes que afectan a la reacción de transesterificación se cuentan las siguientes:

Acidez y humedad:

Los contenidos de ácidos grasos y de humedad son los parámetros determinantes de la viabilidad del proceso de transesterificación del aceite vegetal. Para que se realice la reacción completa se necesita un valor de ácidos grasos libres (FFA) menor al 3%. Cuánto más alta es la acidez del aceite, menor es la conversión. Además, tanto el exceso como la deficiencia de catalizador pueden producir la formación de jabón, amén, que como se ha comentado, la presencia de humedad disminuye el rendimiento de la reacción, pues el agua reacciona con los catalizadores formando jabones.
Si las grasas animales o los aceites vegetales, con valores altos de FFA, se quieren utilizar para producir biodiésel, se puede hacer una esterificación con catálisis ácida.

Las materias primas usadas como base para el proceso de alcoholisis deben cumplir ciertas especificaciones. Los triglicéridos deben tener un valor ácido bajo y los materiales deben contener baja humedad. La adición de catalizadores de hidróxido de sodio compensa la alta acidez, pero el jabón resultante provoca un aumento de viscosidad o de formación de geles que interfieren en la reacción y en la separación del glicerol. Cuando no se dan estas condiciones los rendimientos de la reacción se reducen sustancialmente. El hidróxido y metóxido de sodio o de potasio deben mantener un grado de humedad bajo. Su contacto con el aire disminuye la efectividad del catalizador por su interacción con el dióxido de carbono y la humedad.


Relación molar de alcohol / aceite y tipo de alcohol:

Una de las variables más importantes que afectan al rendimiento del proceso es la relación molar del alcohol y los triglicéridos. La relación estequiométrica requiere tres moles de alcohol y un mol de triglicérido para producir tres moles de esteres y un mol de glicerol. La transesterificación es una reacción de equilibrio que necesita un exceso de alcohol para conducir la reacción al lado derecho. Para una conversión máxima se debe utilizar una relación molar de 6:1. En cambio un valor alto de relación molar de alcohol afecta a la separación de glicerina debido al incremento de solubilidad. Cuando la glicerina se mantiene en la solución hace que la reacción revierta hacia la izquierda, disminuyendo el rendimiento de los ésteres.

La formación de éster etílico comparativamente es más difícil que la de éster metílico, especialmente la formación de una emulsión estable durante la etanólosis es un problema. El etanol y el metanol no se disuelven con los triglicéridos a temperatura ambiente y la mezcla debe ser agitada mecánicamente para que haya transferencia de masa. Durante la reacción generalmente se forma una emulsión, en la metanólosis esta emulsión desciende rápidamente formándose una capa rica en glicerol quedándose en la parte superior otra zona rica en éster metílico. En cambio en la etanólisis esta emulsión no es estable y complica mucho la separación y purificación de los esteres etílicos. La emulsión está causada en parte por la formación de monoglicéricos y diglicéricos intermedios, que contienen tanto grupos hidróxidos polares como cadenas de hidrocarburos no polares.

Efecto del tiempo de reacción y temperatura:

La conversión aumenta con el tiempo de reacción.
La transesterificación se puede producir a diferentes temperaturas, dependiendo del tipo de aceite.