Método de preparación del ácido acético

Método de preparación del ácido acético

Ácido acético se puede preparar por síntesis artificial y fermentación bacteriana. La biosíntesis, es decir, la fermentación por bacterias, representa solo el 10% de la producción del mundo, pero sigue siendo el método más importante para producir ácido acético, especialmente vinagre, porque las regulaciones de seguridad alimentaria de muchos países estipulan ese vinagre en los alimentos. Los métodos biológicos y los métodos de fermentación se dividen en fermentación aeróbica y fermentación anaerobia.

Fermentación aeróbica

Bajo la condición de suficiente oxígeno, la bacteria Acetobacter puede producir ácido acético a partir de alimentos que contienen alcohol. La sidra o el vino generalmente se fermentan machos con grano, malta, arroz o papa. Estas sustancias pueden fermentarse en ácido acético bajo la acción de las enzimas catalíticas y el oxígeno.

El método específico es inocular las bacterias del género Acetobacter en la solución de alcohol diluida, mantener una cierta temperatura y colocarla en un lugar ventilado. Se puede fermentar en unos pocos meses y finalmente producir vinagre. El método de producción industrial de vinagre acelera el proceso de reacción al proporcionar suficiente oxígeno. Este método ha sido adoptado en la producción comercial. También se conoce como "Método rápido " o "Método alemán ". Se nombra porque se aplicó con éxito en Alemania por primera vez en 1823. En este método, la fermentación se lleva a cabo en una torre llena de astillas de madera o carbón. Las materias primas que contienen alcohol caen desde la parte superior de la torre, y el aire fresco entra naturalmente o la convección por la fuerza desde la parte inferior. El volumen de aire mejorado permite que este proceso se complete en unas pocas semanas, reduciendo en gran medida el tiempo de producción de vinagre.

Otto Hromatka y Heinrich Ebner propusieron por primera vez la preparación de vinagre por medio de cultivo bacteriano líquido en 1949. En este método, el alcohol se fermenta en ácido acético bajo agitación continua, y el aire se llena en la solución en forma de burbujas. Mediante este método, el vinagre que contiene ácido acético al 15% se puede preparar en dos o tres días.

Fermentación anaeróbica

Algunas bacterias anaerobias, incluidos algunos miembros del género Clostridium, pueden convertir directamente los azúcares en ácido acético sin requerir el etanol como intermedio. La sacarosa se puede fermentar en ácido acético en ausencia de oxígeno.

Además, muchas bacterias pueden producir ácido acético a partir de compuestos que contienen solo carbono único, como metanol, monóxido de carbono o mezclas de dióxido de carbono e hidrógeno.

Clostridium tiene la capacidad de reaccionar azúcares, reduciendo el costo, lo que significa que estas bacterias tienen el potencial de producir ácido acético de manera más eficiente que Acetobacter por oxidación de etanol. Sin embargo, las bacterias de Clostridium son menos tolerantes al ácido que las bacterias Acetobacter. Las bacterias de Clostridium con la mayor resistencia al ácido solo pueden producir menos del 10% de ácido acético, mientras que algunas bacterias de ácido acético pueden producir ácido acético al 20%. El uso de bacterias de ácido acético para hacer vinagre es aún más económico que el uso de bacterias de Clostridium para hacer vinagre concentrado. Por lo tanto, aunque se han descubierto bacterias de Clostridium ya en 1940, su alcance de aplicación industrial es estrecho.

Además de los métodos biológicos anteriores, el ácido acético industrial se sintetiza principalmente por los siguientes métodos:

Método de carbonilación de metanol

La mayoría del ácido acético se sintetiza por carbonilación de metilo. En esta reacción, el metanol y el monóxido de carbono reaccionan para formar ácido acético, y la ecuación es la siguiente

Este proceso se completa en tres pasos con yodometano como intermedio, y requiere catalizadores con componentes multimetálicos (en el segundo paso)

El anhídrido acético también se puede producir por la misma reacción controlando las condiciones de reacción. Debido a que el monóxido de carbono y el metanol son materias primas químicas comunes, la carbonilación de metil siempre ha sido favorecida.

Oxidación de acetaldehído

Antes de la producción comercial del proceso Monsanto, la mayor parte del ácido acético se produjo por oxidación de acetaldehído. Aunque no es comparable a la carbonilación de metilo, este proceso sigue siendo el segundo proceso industrial para producir ácido acético.

Método de oxidación de líquidos de alcane

Se usó N -butano como materia prima, se usó ácido acético como disolvente y el aire se usó como oxidante en presencia de 170 ℃ - 180 ℃, 5.5 MPa y catalizador de acetato de cobalto. Al mismo tiempo, el gas licuado de petróleo o el aceite ligero también se pueden usar como materias primas. Este método tiene un bajo costo de materia prima, pero el flujo del proceso es largo, la corrosión es grave y el rendimiento del ácido acético no es alto. Solo se usa en áreas donde están fácilmente disponibles isobutano barato o materias primas de gas licuado de petróleo.

Esta reacción se puede llevar a cabo a la temperatura y presión más altas que pueden mantener butano en estado líquido. Los subproductos incluyen butanona, acetato de etilo, ácido fórmico y ácido propiónico. Debido a que algunos subproductos también tienen valor económico, las condiciones de reacción se pueden ajustar para generar más subproductos. Sin embargo, la separación de ácido acético y subproductos aumenta el costo de la reacción.

En condiciones similares, utilizando el catalizador anterior, el acetaldehído se puede oxidar por oxígeno en el aire para producir ácido acético.

El acetaldehído también se puede oxidar por hidróxido de cobre.

Usando un nuevo catalizador, el rendimiento de ácido acético puede superar el 95%. Los principales subproductos son acetato de etilo, ácido fórmico y formaldehído. Dado que el punto de ebullición de los subproductos es más bajo que el del ácido acético, se eliminan fácilmente por destilación.

Proceso de oxidación de etileno

Se produce por la reacción de etileno con oxígeno en presencia de un catalizador (cloruro de paladio: PDCL 2, cloruro de cobre: ​​CUCL 2 y acetato de manganeso: (CH ₃ COO) 2 Mn). Esta reacción puede considerarse como la oxidación del etileno al acetaldehído y luego la oxidación del acetaldehído.

Método TopSo

El proceso TOPSO utiliza gas natural o carbón único como materia prima. Paso 1: El gas de síntesis genera metanol y dimetil éter bajo el catalizador; Parte II: carbonilación de metanol y dimetil éter (ambos no necesitan purificación) y Co para producir ácido acético. Este método también se llama método de dos pasos.