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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Obtención de acetofenona y alcohol cumílico a partir de la descomposición catalítica del
cumeno
Trabajo titulación, modalidad proyecto de investigación para la obtención del título de
Ingeniero Químico
Autores: Merchán Chiriboga Mónica Valeria
Moreno Lapo Daysi Carolina
Tutor: Ghem Leonel Carvajal Chávez
QUITO
2018
ii
DERECHOS DE AUTOR
Nosotras, MÓNICA VALERIA MERCHÁN CHIRIBOGA y DAYSI CAROLINA
MORENO LAPO, en calidad de autores y titulares de los derechos morales y
patrimoniales del trabajo de titulación, OBTENCIÓN DE ACETOFENONA Y
ALCOHOL CUMÍLICO A PARTIR DE LA DESCOMPOSICIÓN CATALÍTICA DEL
CUMENO, autorizamos a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, modalidad
proyecto de investigación, de conformidad con el Art. 114 de CÓDIGO ORGÁNICO DE
LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E
INNOVACIÓN, concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia
gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines
estrictamente académicos. Concedo a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra,
establecidos en la normativa citada.
Asimismo, autorizamos a la Universidad Central del Ecuador para que realice la
digitalización y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de
conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
Los autores declaran que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma
de expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad
por cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la
Universidad de toda responsabilidad.
En la ciudad de Quito, a los 08 días del mes de Marzo del 2018.
Mónica Valeria Merchán Daysi Carolina Moreno
C.C. 1722757166 C.C. 1721974440
iii
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, GHEM LEONEL CARVAJAL CHÁVEZ en calidad de tutor del trabajo de
titulación modalidad proyecto de investigación, titulado OBTENCIÓN DE
ACETOFENONA Y ALCOHOL CUMÍLICO A PARTIR DE LA DESCOMPOSICIÓN
CATALÍTICA DEL CUMENO, elaborado por las estudiantes MÓNICA VALERIA
MERCHÁN CHIRIBOGA y DAYSI CAROLINA MORENO LAPO de la carrera de
Ingeniería Química, Facultad de INGENIERÍA QUÍMICA de la Universidad Central del
Ecuador, considero que la misma reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo
metodológico y en el campo epistemológico, para ser sometido a la evaluación por parte
del jurado examinador que designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo
investigativo sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por
la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los 08 días del mes de marzo del 2018.
GHEM LEONEL CARVAJAL CHÁVEZ
C.I.: 1709725145
iv
DEDICATORIA
A mi hija, Valentina por ser mi motor y mi
luz, este trabajo te lo dedico a ti mi amor.
MÓNICA
v
DEDICATORIA
Este trabajo lo dedico con mucho amor
a mis padres, Piedad y Gonzalo, pilares
fundamentales en mi vida.
DAYSI
vi
AGRADECIMIENTOS
Gracias a Dios, por su infinito amor, por ser quien ha guiado mis pasos y me ha brindado
las fuerzas suficientes para lograr cada objetivo propuesto.
A mis padres, mi más grande bendición. En realidad faltarían palabras para agradecerles
todo lo que han hecho por mí. Mi madre, mi amiga, mi confidente, mi consejera, quien
ha creído en mí siempre. Mi padre, quien me ha forjado para ser mejor persona y me ha
guiado para cumplir mis objetivos.
A Valentina. Gracias mi vida por darme las fuerzas, por enseñarme a amar, al ser mi
musa, mi inspiración, por quien me levanto día a día con una sonrisa al saber que te tengo
a mi lado.
A mi hermana, con quien hemos creado grandes historias de amor y apoyo incondicional.
Porque entre risas y enojos, sé que siempre voy a contar con ella.
A mis abuelitos, tíos, tías, primos y primas gracias infinitas, por todo el soporte en cada
etapa de mi vida y sobre todo por la confianza en mi persona.
A Ghem Carvajal, porque no existe mayor satisfacción que el saber que todo esfuerzo
vale la pena y que los consejos y guía se ven reflejados ahora. Sin lugar a dudas, el mejor
tutor.
A mi amiga Daysi, quien se ha convertido en mi hermana y confidente. Gracias por
alegrar mi vida con tu sonrisa. Definitivamente Dios pone en el camino a las personas
correctas, y no pude tener mejor compañera para realizar este trabajo.
Son muchas personas que han estado durante esta etapa de mi vida, en especial:
Alejandro, Daniela, Paula, quienes han sido como mis ángeles, me han apoyado y
motivado en cada decisión.
En fin, gracias. Sin ustedes no lo habría logrado. Los amo.
MÓNICA
vii
AGRADECIMIENTOS
Agradezco infinitamente a Dios por brindarme sabiduría, constancia y paciencia al
culminar esta etapa importante en mi vida.
A mi madre Piedad por su amor incondicional en todo momento. Su ejemplo diario de
lucha y coraje me motiva a seguir adelante y no decaer ante cualquier adversidad. Ella,
quien a pesar de sus dificultades, siempre se levanta con fuerzas, enseñándome cada día
que el sacrificio y los esfuerzos tienen recompensas, que una mujer es autosuficiente en
todos los aspectos de la vida.
A mi padre Gonzalo, quien me ha dado su apoyo y cariño incondicional en todo momento
y aún más en el transcurso de mi etapa universitaria. Él ha sido mi ejemplo de
responsabilidad ante su familia, demostrando siempre paciencia y comprensión para sus
hijos. Gracias por tanta preocupación hacia nosotros, jamás podré agradecerte lo
suficiente.
A mi hermano Roger, mi alegría de cada día. A su corta edad me ha enseñado que el amor
se expresa no solo con actos, sino también con palabras. A mi hermana Diana, por su
tiempo entregado a diferentes aspectos de mi vida, enseñándome fortaleza, consideración
y cariño.
A Ghem Carvajal por el tiempo y paciencia brindados. En este proyecto se ve reflejado
su profesionalismo y dedicación. Evidentemente el mejor guía.
A mi amiga, hermana y compañera de equipo, Mónica Merchán por su confianza y apoyo
para culminar esta etapa con orgullo. Por abrirme las puertas de su casa y familia, gracias
por los momentos inolvidables. Una persona con un corazón invaluable.
A los amigos que ya salieron de la universidad y que siguen ahí, ya que con ellos viví
momentos inolvidables que me ayudaron a crecer como persona.
A mis amigas que se convirtieron en mis hermanas Danny, Paula, gracias por todos los
momentos vividos, buenos y malos; por su apoyo incondicional y ayuda desinteresada en
la realización de este proyecto. Gracias por sus consejos, regaños, y complicidad. Las
quiero mucho.
DAYSI
viii
CONTENIDO
LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... xii
LISTA DE GRÁFICOS O FIGURAS ........................................................................... xiv
LISTA DE ANEXOS .................................................................................................... xv
RESUMEN .................................................................................................................... xvi
ABSTRACT ................................................................................................................. xvii
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 3
1.1. La industria petroquímica en Ecuador. ...................................................................... 3
1.2. Cumeno. .................................................................................................................... 5
1.2.1. Propiedades fisicoquímicas del cumeno. ............................................................ 6
1.3. Oxidación de cumeno a cumeno hidroperóxido. ................................................... 6
1.3.1. Propiedades fisicoquímicas del hidroperóxido de cumeno. .............................. 7
1.4. Acetofenona. .......................................................................................................... 10
1.4.1. Propiedades fisicoquímicas de la acetofenona. ............................................... 11
1.4.2. Obtención de la acetofenona. ............................................................................ 11
1.4.3. Usos de la acetofenona. ..................................................................................... 12
1.5. Alcohol cumílico. .................................................................................................... 12
1.5.1. Propiedades fisicoquímicas del alcohol cumílico. ........................................... 12
1.5.2. Obtención del alcohol cumílico. ........................................................................ 13
1.5.3. Usos del alcohol cumílico. ................................................................................. 13
1.6. CATÁLISIS ............................................................................................................ 13
1.6.1. Catálisis............................................................................................................... 13
1.6.2. Catálisis homogénea. ......................................................................................... 14
1.6.3. Tipos de catalizadores homogéneos.................................................................. 14
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ..................................................................... 18
2.1. Proceso experimental. ........................................................................................... 18
2.2. Diseño experimental. ............................................................................................. 19
ix
2.3. Materiales y equipos. ............................................................................................. 22
2.4. Sustancias y reactivos............................................................................................ 23
2.5. Procedimiento. ....................................................................................................... 24
2.5.1. Destilación. ......................................................................................................... 24
2.5.2. Oxidación. ........................................................................................................... 24
2.5.3. Iodometría. .......................................................................................................... 25
2.5.4. Obtención de acetofenona y alcohol cumílico. ................................................ 25
2.5.5. Separación. ......................................................................................................... 25
3. DATOS EXPERIMENTALES ................................................................................. 27
3.1. Datos de pruebas de iodometría. .......................................................................... 27
3.2. Datos iniciales para balance de materia. .............................................................. 27
3.2.1. Datos para balance de masa diseño experimental 1. ...................................... 27
3.2.2. Datos para balance de masa diseño experimental 2. ...................................... 29
3.3. Datos de consumo de oxígeno. ............................................................................. 31
4. CÁLCULOS .............................................................................................................. 32
4.1. Determinación de la concentración de cumeno hidroperóxido. ......................... 32
4.2. Balance de materia................................................................................................. 33
4.2.1. Ejemplo modelo para el cálculo de moles a la entrada y salida del balance
de materia para el diseño experimental 1, Tablas 13, 15 réplica 1. ........................ 33
4.2.2. Balance de componentes atómicos: .................................................................. 36
4.2.3. Pérdidas. ............................................................................................................. 38
4.3. Análisis estadístico para el primer diseño experimental. ................................... 38
4.4. Análisis estadístico para el segundo diseño experimental. ................................. 40
5. RESULTADOS ......................................................................................................... 42
5.1. Resultados para pruebas de iodometría. ............................................................... 42
5.2. Resultados consumo de oxígeno. .......................................................................... 43
5.3. Resultados de balance de materia. ........................................................................ 43
5.3.1. Resultados de balance de materia para el primer diseño experimental . ....... 43
5.3.2. Resultados de balance de materia para el segundo diseño experimental ...... 44
5.4. Resultados de rendimiento de obtención de acetofenona y alcohol cumílico ... 48
x
5.4.1. Resultados de rendimiento de obtención de acetofenona y alcohol cumílico
diseño experimental 1. .................................................................................................. 48
5.4.2. Resultados de obtención de porcentaje de rendimiento de acetofenona y
alcohol cumílico, diseño experimental 2. .................................................................... 50
5.5. Resultados del Análisis de Varianzas (ANOVA). ............................................... 50
5.5.1. Análisis para optimización de acetofenona. ..................................................... 51
5.5.2. Análisis para optimización de alcohol cumílico. ............................................. 53
5.6. Condiciones óptimas diseño experimental 1. ...................................................... 55
5.6.1. Condiciones óptimas para la acetofenona. ...................................................... 55
5.6.2. Condiciones óptimas para alcohol cumílico. ................................................... 55
5.7. Resultados de análisis estadístico, diseño experimental 2 ................................. 56
5.7.1. Análisis estadístico para la acetofenona, diseño experimental 2 . .................. 56
5.7.2. Análisis para optimización de alcohol cumílico diseño experimental 2. ....... 58
5.8. Condiciones óptimas diseño experimental 2. ...................................................... 60
5.8.1. Condiciones óptimas para la acetofenona. ...................................................... 60
5.8.2. Condiciones óptimas para el alcohol cumílico. ............................................... 60
6. DISCUSIÓN .............................................................................................................. 62
6.1. Pureza de cumeno. ................................................................................................. 62
6.2. Pruebas de iodometría. .......................................................................................... 62
6.3. Tiempo y temperatura de reacción. ...................................................................... 63
6.4. Dicumil peróxido. .................................................................................................. 64
6.6. Balance de materia................................................................................................. 64
6.7. Separación de productos. ...................................................................................... 65
6.8. Análisis estadístico para el primer diseño experimental. ................................... 65
6.8.1. Acetofenona. ........................................................................................................ 65
6.8.2. Alcohol cumílico. ................................................................................................ 66
6.9. Segundo diseño experimental. .............................................................................. 67
6.10. Análisis estadístico para el segundo diseño experimental. .............................. 67
6.10.1. Acetofenona. ..................................................................................................... 67
6.10.2. Alcohol cumílico. .............................................................................................. 67
6.11. Comparación de los valores obtenidos con los valores de las patentes. ......... 68
xi
7. CONCLUSIONES .................................................................................................... 69
8. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 72
CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 73
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 76
ANEXOS ........................................................................................................................ 79
xii
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas del cumeno.. ....................................................... 6
Tabla 2. Propiedades fisicoquímicas del hidróxido de cumeno. ................................. 7
Tabla 3. Propiedades fisicoquímicas de la acetofenona. ............................................ 11
Tabla 4. Propiedades fisicoquímicas del alcohol cumílico.. ...................................... 12
Tabla 5. Comparación de catálisis homogéneas con heterogénea. ............................ 14
Tabla 6. Resumen de los factores con sus respectivos niveles. ................................. 20
Tabla 7. Diseño experimental para el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico ......................................................................................................................... 20
Tabla 8. Resumen de los factores con sus respectivos niveles para el catalizador de
sales de hierro. ............................................................................................................... 21
Tabla 9. Resumen de los factores con sus respectivos niveles para el catalkizador de
cloruro de trifenil sulfonio. .......................................................................................... 22
Tabla 10. Diseño experimental para el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico utilizando como catalizador sales de hierro ................................................ 22
Tabla 11. Diseño experimental para el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico utilizando como catalizador cloruro de trifenil sulfonio. ........................... 22
Tabla 12. Datos pruebas de iodometria. Descomposición de cumeno a cumeno
hidroperóxido. ............................................................................................................... 27
Tabla 13. Datos iniciales para balance de materia con el diseño experimental 1,
(réplica 1). ...................................................................................................................... 27
Tabla 14. Datos iniciales para balance de materia con el diseño experimental 1,
(réplica 2). ...................................................................................................................... 28
Tabla 15. Porcentaje en masa de cada producto obtenido en el cromatógrafo de
gases con espectrómero de masa, para el diseño experimental 1, (réplica 1 y 2) .... 28
Tabla 16. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2, con
estearato de hierro II como catalizador, (réplica 1).................................................... 29
Tabla 17. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2, con
estearato de hierro II como catalizador, (réplica 2).................................................... 29
Tabla 18. Porcentaje en masa de cada producto obtenido en el cromatógrafo de
gases con espectrómetro de masa, para el diseño experimental 2, con estearato de
hierro como catalizador, (réplica 1 y 2). ..................................................................... 30
Tabla 19. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2, con
cloruro de trifenil sulfonio como catalizador, (réplica 1). ......................................... 30
Tabla 20. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2, con
cloruro de trifenil sulfonio como catalizador, (réplica 2). ......................................... 30
xiii
Tabla 21. Porcentaje en masa de cada producto obtenido con el cromatógrafo de
gases con espectrómetro de masa, para el diseño experimental 2, con cloruro de
trifenil sulfonio como catalizador, (réplica 1 y 2). ..................................................... 31
Tabla 22. Datos para el cálculo de consumo de oxígeno en la reacción. .................. 31
Tabla 23. Datos para el cálculo de moles a la entrada y salida del balance de
materia n=1. ................................................................................................................... 33
Tabla 24. Pérdidas de cada compuesto de la reacción ............................................... 38
Tabla 25. Balance de materia total por componentes atómicos ................................ 38
Tabla 26. ANOVA para diseño estadístico factorial 24 ............................................. 39
Tabla 27. Codificación de factores para el análisis estadístico diseño experimental 1
para la acetofenona. ...................................................................................................... 39
Tabla 28. ANOVA para diseño estadístico factorial 22 ............................................. 40
Tabla 29. Codificación de factores para el análisis estadístico diseño experimental 2
para la optimización de acetofenona y alcohol cumílico con su correspondiente
catalizador ...................................................................................................................... 41
Tabla 30. Resultados pruebas de iodometría .............................................................. 42
Tabla 31. Resultado consumo de oxígeno ................................................................... 43
Tabla 32. Resultados del balance de materia del primer diseño experimental.
(réplica 1) ....................................................................................................................... 45
Tabla 33. Resultado del balance de materia del diseño experimental 2 para el
estearato de hierro. (réplica 1). ..................................................................................... 46
Tabla 34. Resultados del balance de materia del diseño experimental 2 para el
cloruro de trifenilsulfonio. (réplica 1). ........................................................................ 47
Tabla 35. Resultados obtención de porcentaje de rendimiento de acetofenona y
alcohol. Diseño experimental, (réplica 1 y 2) ............................................................. 49
Tabla 36. Resultados del diseño experimental 2 utilizando estearato de hierro II
como catalizador. (réplicas 1 y 2) ................................................................................ 50
Tabla 37. Resultado del diseño experimental 2 utilizando cloruro de trifenil sulfonio
como catalizador. (réplicas 1 y 2) ................................................................................ 50
Tabla 38. Análisis de Varianza para Rendimiento % AF Acetofenona .................... 51
Tabla 39. Análisis de Varianza para rendimiento % AC Alcohol Cumílico ............ 53
Tabla 40. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de acetofenona .......... 55
Tabla 41. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de alcohol cumílico .. 56
Tabla 42. Análisis de Varianza para Rendimiento % AP acetofenona ..................... 56
Tabla 43. Análisis de Varianza para Rendimiento % AC Alcohol cumílico ............ 58
Tabla 44. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de acetofenona .......... 60
Tabla 45. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de alcohol cumílico .. 61
xiv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Clasificación de los productos petroquímicos. ............................................. 3
Figura 2. Plan del Gobierno para la industria petroquímica ........................................ 5
Figura 3. Reacción de oxidación del cumeno.. ............................................................. 8
Figura 4. Reacción de iniciación.. ................................................................................. 8
Figura 5. Reacción de propagación.. ............................................................................. 9
Figura 6. Reacción de terminación. ............................................................................. 10
Figura 7. Acetofenona. ................................................................................................. 10
Figura 8. Reacción de obtención de acetofenona. .......................................................... 11
Figura 9. Alcohol cumílico. ............................................................................................ 12
Figura 10. Reacción catalítica en donde las moléculas reaccionantes se unen al
catalizador. ...................................................................................................................... 13
Figura 11. Reacción catalizada por ácido ....................................................................... 15
Figura 12. Estructura de las sales de hierro en acetonas.. .............................................. 16
Figura 13. Estructura de las sales de hierro en elcoholes.. ............................................. 16
Figura 14. Cloruro de trifenil sulfonio.. ......................................................................... 17
Figura 15. Diagrama de flujo para la obtención de acetofenona y alcohol cumílico a
partir de la descomposición catalítica de cumeno, utilizando como catalizador cloruro de
trifenilsulfonio. ............................................................................................................... 18
Figura 16. Diagrama de la curva de descomposición catalítica de cumeno a cumeno
hidroperóxido, % cumeno hidroperóxido en función de tiempo .................................... 43
Figura 17. Gráfica de efectos principales para rendimiento de acetofenona .................. 52
Figura 18. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de acetofenona ........... 52
Figura 19. Gráfico de efectos principales para rendimiento de alcohol cumílico .......... 54
Figura 20. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de alcohol cumílico ... 54
Figura 21. Superficie de respuesta para condiciones óptimas de acetofenona ............... 55
Figura 22. Superficie de respuestas para condiciones óptimas de alcohol cumílico ...... 56
Figura 23. Gráfica efectos principales para rendimiento de acetofenona ....................... 57
Figura 24. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de acetofenona ........... 58
Figura 25. Gráfico de efectos principales para rendimiento de alcohol cumílico .......... 59
Figura 26. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de alcohol cumílico ... 59
Figura 27. Superficie de respuesta para condiciones óptimas de acetofenona ............... 60
Figura 28. Superficie de respuesta para condiciones óptimas de alcohol cumílico ....... 61
xv
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones de productos
químicos. ........................................................................................................................ 80
Anexo B. Pruebas de iodometría. ................................................................................ 86
Anexo C. Pruebas piloto. .............................................................................................. 87
Anexo D.Índice de refracción ...................................................................................... 88
Anexo E.. Reporte fotográfico ..................................................................................... 89
Anexo F. Balance de materia ....................................................................................... 94
xvi
Obtención de acetofenona y alcohol cumílico a partir de la descomposición
catalítica del cumeno
RESUMEN
Se estudió las condiciones para la obtención de acetofenona y alcohol cumílico a partir
de la descomposición por catálisis homogénea del cumeno y se propuso métodos para la
separación de los productos.
Se aplicó un diseño experimental compuesto por dos partes. En la primera se utilizaron
cuatro factores (temperatura, tiempo, tipo y masa de catalizador), a dos niveles cada uno.
Mediante análisis de superficie de respuesta se obtuvieron valores óptimos de los factores
estadísticamente significativos, con los que se planteó la segunda parte del diseño
experimental, constituida por dos factores (temperatura y tiempo) a dos niveles cada uno,
lo que permitió identificar con precisión las condiciones en las que se maximiza el
rendimiento individual para acetofenona y alcohol cumílico.
Además, se realizó la separación de las mezclas aplicando destilación al vacío para
separar el cumeno en exceso y cromatografía de columna para separar la acetofenona del
alcohol cumílico.
Se logró un rendimiento de 44,92 % de acetofenona con el catalizador cloruro de
trifenilsulfonio a una temperatura de 100° C y tiempo de 15 h; y 51,45 % de alcohol
cumílico con el estearato de hierro II a una temperatura de 105° C y tiempo de 9 h.
PALABRAS CLAVES: / CATÁLISIS HOMOGÉNEA / CUMENO / ACETOFENONA
/ ALCOHOL CUMÍLICO / ESTEARATO DE HIERRO II / CLORURO DE
TRIFENILSULFONIO
xvii
Obtaining of acetophenone and alcohol cumyl from the catalytic decomposition of
cumene
ABSTRACT
The conditions for obtaining acetophenone and cumyl alcohol from the descomposition
by homogeneous catalysis of cumene were studied and methods for the separation of the
products were proposed.
An experimental design composed of two parts was applied. In the first, four factors were
used (temperature, time, type and mass of catalyst), at two levels each. By means of
response surface analysis, optimal values of the statistically significant factors were
obtained, with which the second part of the experimental design was proposed,
constituted by two factors (temperature and time) at two levels each, which allowed to
identify accurately the conditions in which individual performance is maximized for
acetophenone and cumyl alcohol.
In addition, the separation of the mixtures was carried out by applying vacuum distillation
to remove excess cumene and column chromatography to remove acetophenone from
cumyl alcohol.
A yield of 44.92% of acetophenone was achieved with the triphenyl sulfonium chloride
catalyst at a temperature of 100 ° C and a time of 15 h; and 51.45% cumyl alcohol with
iron stearate II at a temperature of 105 ° C and time of 9 h.
KEYWORDS: HOMOGENEOUS CATALYSIS / ACETOPHENONE / CUMENE /
CUMYL ALCOHOL / IRON STEARATE II / TRIPHENYL SULFONIUM CHLORID
1
INTRODUCCIÓN
La industria de la petroquímica es una rama de la química cuyo objetivo es la
transformación del gas natural y derivados del petróleo en materias primas de gran
utilidad e importancia en el país y en el mundo, ya que se usan para cubrir necesidades
básicas y de uso diario.
De acuerdo con la investigación de Camacho, J., al año 2017, en el Ecuador existían 69
empresas dedicadas a la elaboración de productos petroquímicos intermedios y
terminados, de los cuales la mayoría son de plástico, y en menor cantidad de manufactura
de textiles sintéticos y alimenticios.
La acetofenona es un solvente que se usa como ingrediente en los procesos de fabricación
de sustancias con alto valor agregado, como fármacos, perfumes, aromatizantes,
plásticos, resinas, entre otros. El alcohol cumílico es un hidrocarburo oxigenado que se
usa como solvente en mezclas o como aditivo para mejorar el octanaje en gasolinas.
A nivel mundial, existen investigaciones y patentes relativas a la descomposición
catalítica del cumeno para la obtención de dicumil peróxido, acetofenona, o alcohol
cumílico. Sin embargo no se identificaron estudios para la maximización del rendimiento
de acetofenona y alcohol cumílico utilizando diferentes catalizadores.
Una alternativa para dar impulso a la manufactura petroquímica ecuatoriana es investigar
la obtención de acetofenona y alcohol cumílico mediante la descomposición catalítica del
cumeno debido a que el costo de la importación del mismo es relativamente bajo, mientras
que el costo de importación de acetofenona y alcohol cumílico es cinco veces mayor que
el del cumeno. Basados en estos antecedentes, se plantea la obtención de acetofenona y
alcohol cumílico a partir de la descomposición del cumeno mediante catálisis homogénea.
Se diseñó un experimento compuesto por dos partes, encaminado a determinar mediante
análisis estadístico las condiciones experimentales (temperatura, cantidad y tipo de
catalizador y tiempo) requeridas para maximizar el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico, el cual fue de 44,92 % y 51,45 %, respectivamente.
2
Para la separación de la mezcla (acetofenona, alcohol cumílico, y cumeno en exceso), se
llevó a cabo una destilación al vacío, obteniendo cumeno en el destilado, y acetofenona
y alcohol cumílico en el residuo. El residuo fue separado mediante cromatografía de
columna basada en su diferencia de polaridad ya que el alcohol cumílico tiene 5,5 y la
acetofenona tiene 4,4.
Además, es importante tomar en cuenta que como método de separación alternativo a la
separación por cromatógrafo de columna, se puede utilizar la extracción líquido – líquido
a nivel piloto o industrial.
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1. La industria petroquímica en Ecuador.
La petroquímica es una rama de la química que transforma el gas natural y derivados del
petróleo, en materias primas de gran utilidad, (plásticos, resinas, pinturas, caucho, gomas,
textil, alimenticia preservantes, automotriz, electrónica, construcción, farmacéutica,
química, etc.), que ocupan un lugar destacado en el país y en el mundo ya que se usan
para cubrir necesidades básicas y de uso diario. (Rojas, 2009).
Los procesos de obtención de productos petroquímicos más importantes son: primarios o
básicos, intermedios y terminados o finales; como se ve a continuación en el siguiente
gráfico.
Materia Prima Petroquímicos BásicosPetroquímicos
IntermediosPetroquímicos Finales Aplicaciones Finales
Adhesivos
Aditivos para
alimentos.
Agentes
tensoactivos.
Colorantes
Elastómeros y negro
de humo.
Explosivos
Farmoquímicos
Fertilizantes
nitorgenados.
Fibras químicas.
Iniciadores y
catalizadores.
Materias primas de
aditivos, lubricantes
y comestibles.
Plaguicidas
Plastificantes.
Resinas sinteticas.
Químicos
aromáticos.
Propelentes y
refrigerantes.
Otras especialidades.
Adhesivos.
Agricultura.
Alimentos.
Construcción.
Cosméticos.
Eléctrica/Electrónico
Empaques.
Medicinas y salud.
Muebles.
Pinturas.
Plásticos
Recubrimientos.
Textiles.
Transporte.
Otros productos de
consumo.
Acetaldehído.
Ácido acético.
Ácidos benzoicos.
DMT.
Acrilonitrilo.
Anhídrido Ftálico.
Estireno.
Dicloroetano.
Cloruro de vinilo.
Etanol.
Etilbenceno.
Fenol.
MCV.
Polietilenos de alta y
baja densidad.
Polipropileno.
Oxido de etileno.
TPA.
Urea.
Acetato de Vinilo.
Alcohol etílico
Acetato de amilo.
n-propanol.
Cloruro de alilo
Cumeno
Metano Metanol y
amoniaco.
Gas natural
Líquidos del
gas natural:
Propano
Butano
Condensados
Etano
Etileno
Propileno.
Butadieno.
Butileno.
Petróleo
crudoGas de refinería
Benceno,
tolueno y
xilenos.
Figura 1. Clasificación de los productos petroquímicos. (Anuario Estadístico de
la industria petroquímica.)
4
Antes de la Segunda Guerra Mundial, a inicios de los años 20, Estados Unidos inició con
la producción de “isopropanol a partir del propileno contenido en gases de refinería” y da
origen a procesos petroquímicos.
La industria petroquímica tomó acogida alrededor de los años 50 y 60, en Estados Unidos,
Alemania Federal, Inglaterra, Japón, China, Taiwán, Qatar asociada con Francia, Arabia
Saudita, México Argentina y Brasil; y que años después se fortaleció debido a la
globalización, avances tecnológicos y científicos. (Zárate y et-al, 2013)
Para los años 70, Ecuador buscó formar parte en el desarrollo de la petroquímica y solicitó
a la Comisión del Acuerdo de Cartagena su integración como parte de la propuesta que
habría de servir “como una etapa inicial de desarrollo petroquímico que podría servir de
sustentación y base tecnológica para futuros desenvolvimientos de esta actividad”.
(Corporación Estatal Petrolera Ecuatoriana, 1975).
A partir de las décadas de los 80 y 90, Ecuador se enfocó en la producción de productos
finales, importando la materia prima. En la actualidad ha continuado en esa línea, a pesar
de que tiene yacimientos de petróleo y una probada existencia de gas. (Corporación
Estatal Petrolera Ecuatoriana, 1975).
A 2017, en Ecuador existen 69 empresas que producen productos petroquímicos
intermedios y terminados, de los cuales la mayoría son de plástico, y en menor cantidad
de manufactura de textiles sintéticos y alimenticios. La información recopilada a estas
empresas reveló el interés de que se creen industrias petroquímicas primarias, ya que el
tiempo de importación varía de 2 a 3 meses y el costo de elaboración de productos
terminados bajaría considerablemente, beneficiando a las empresas y al consumidor.
(Camacho, Chalcualán, Masaquiza, 2017)
El Gobierno Nacional tiene un Plan (2013), para fortalecer la industria petroquímica,
como se describe a continuación.
5
PETRÓLEO
Proviene de Petroamazonas y
Petroecuador
Refinería del Pacífico
Petroquímica básica a partir de RDP
Polipropileno- 126000 toneladas año
Benceno- 107000 toneladas año
Xileno- 345000 toneladas año
Combustión Componentes
petroquímicos
Plantas a partir de
petroquímica avanzada
Planta de Lineal Aquil Benceno LAB
USD 310 MILLONES
Inversión estimada con su producción estimada
de 11500 Ton/año.
+35 empleos directos.
Planta de Tereftalato de Polietileno PET
USD 1350 MILLONES
Inversión estimada con una producción estimada
de 450000 Ton/año.
+110 empleos directos.
USD 175 MILLONES
Impacto balanza comercial
considerando importación
de insumos por GAS
MILLONES.
USD 648 MILLONES
Exportaciones estimadas al
año
USD 172 MILLONES
Sustitución de
importaciones,
Plásticos,
botellas,
productos de
plasticos, etc.
Fibras textiles
Detergentes,
productos de
limpieza,
jabones, etc.
Figura 2. Plan del Gobierno para la industria petroquímica. (Ministerio
Coordinador de Sectores Estratégicos.)
1.2. Cumeno.
Es un hidrocarburo aromático llamado también isopropilbenceno, con fórmula química
C9H12. Es un líquido incoloro e inflamable que proviene del petróleo crudo; soluble en
alcohol, benceno, éter, acetona e insoluble en agua (López, I. et al., 2011). Es el
compuesto más importante para la producción de acetona y fenol a nivel mundial (Sunoco
et al., n.d.). El cumeno es el resultado de una catálisis de alquilación del propileno con
benceno, los cuales provienen de Craqueo Catalítico de Fluidos (FCC).
El cumeno se encuentra en bajas concentraciones en el aire (0,1 a 2,5 ppb) provenientes
de los gases de los automóviles. Se encuentra también en el aire expulsado por
trabajadores de industrias químicas y hospitales los cuales se encuentran expuestos a
este compuesto; y se encuentra en altos niveles en trabajadores fumadores y no fumadores
(DLEP, 2009).
La producción de cumeno no se realiza en Ecuador debido que el país no cuenta con
industrias petroquímicas dedicadas a esta actividad, es importante tomar en cuenta que el
6
cumeno es un hidrocarburo muy utilizado en la industria de pinturas, resinas, barnices y
detergentes como medio disolvente, en combustibles como componente de alto octanaje
y en la vulcanización para la producción de estireno por pirolisis; además es de gran uso
como disolvente de grasas, motivo por el cual es utilizado como sustituto del benceno; y
sería bastante factible producir este hidrocarburo en el país (Sper, 2015).
El cumeno presenta una toxicidad elevada, se absorbe a través de los pulmones y la piel
junto con el tolueno y xileno exponiendo al organismo a los siguientes riesgos:
Irritación del tracto respiratorio y efectos sobre el sistema nervioso central.
Depresión del sistema nervioso central.
Aumento de peso del hígado y riñón y glándula adrenal (DLEP, 2009).
1.2.1. Propiedades fisicoquímicas del cumeno.
Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas del cumeno. (Barcelona, 2015), (Cátia
Folgado Saturnino, 2009).
Fórmula química C9H12
Estado físico (como
normalmente es transportado)
Líquido.
Incoloro.
Olor: suave, agradable aromático, tipo solvente.
Estado físico a 15° C y 1 atm. Líquido.
Peso molecular. 120,19 g/mol.
Punto de ebullición a 1 atm. 152,4° C, 306,3° F, 425,6 K.
Punto de fusión. -96,1° C, 177,1° K.
Temperatura crítica. 357,9° C, 676,2° F, 631,1° K.
Presión crítica. 3167 atm, 465,5 psi.
Gravedad específica (20° C)
liquido. 0,857 g/cm3.
Calor latente de vaporización. 74,6 cal/g, 3,12x105 J/kg, 134 BTU/lb.
Calor de combustión. -9840 cal/g, -412 x 105.
Punto de inflamabilidad. 39° C.
Solubilidad en agua, 25 °C. 50 mg/L.
Presión de vapor Reid. 0,5 psia.
Tensión superficial líquida. 0,0282 N/m, 28,2 din/cm.
Agua líquida tensión
interracial. 0,0546 N/m, 54,6 din/cm.
1.3. Oxidación de cumeno a cumeno hidroperóxido.
El cumeno hidroperóxido es un compuesto líquido que va de incoloro a amarillo pálido,
definido como una sustancia extremadamente peligrosa que se encuentra en la Lista de
7
Sustancias Peligrosas de Estados Unidos (Departamento de Salud y Servicios para
personas mayores de New Jersey, 1996). Es parcialmente soluble en agua y soluble en
compuestos orgánicos tales como éter, alcohol, acetona, ésteres e hidrocarburos clorados
(scorecard, 2001).
Este compuesto se utiliza comúnmente en:
La producción de fenoles y cumeno.
Elaboración de agentes de curado en resinas y de reticulación.
Intermediario en la producción de acetofenona para la síntesis de diversos productos
farmacéuticos.
Producción de alcohol cumílico utilizado como aditivo de alimentos de caucho natural
(Torres, Forman y Fukuta, 2004).
Empleando un catalizador adecuado se puede producir óxido de propileno para la
elaboración de plásticos de poliuretano entre otros usos.
Se debe tomar en cuenta que el cumeno hidroperóxido se debe tratar con especial cuidado
en cuanto a su manipulación directa, ya que podría causar efectos en la salud tales como:
quemaduras e irritación en piel y ojos, falta de aire, edema pulmonar, dolores intensos de
cabeza. Existe el riesgo de padecer cáncer ya que puede causar mutaciones genéticas, por
esta razón es indispensable manipular con el equipo de protección adecuado y operar en
lugares reducidos, ventilación e iluminación (Patnaik, 2007).
1.3.1. Propiedades fisicoquímicas del hidroperóxido de cumeno.
Tabla 2. Propiedades fisicoquímicas del hidróxido de cumeno. (Arror, 2015)
Fórmula química C9H12O2
Peso molecular. 152,2 g/mol.
Punto de fusión. -10° C.
Densidad. 1,05 g/mL.
Solubilidad. 1,5 g/100 mL.
Presión de vapor. 32 Pa.
Temperatura de auto
ignición. 221° C.
Punto de inflamación. 79° C.
8
1.3.2. Mecanismo de oxidación del cumeno a cumeno hidroperóxido.
El mecanismo de esta reacción implica una generación de radicales libres y consta de tres
pasos secuenciales importantes: iniciación, propagación y terminación.
CH3CH3
O OH
CH3CH3
+ O2
Figura 3. Reacción de oxidación del cumeno. (Folgado y Gordicho, 2009).
1.3.2.1. Iniciación.
El hidroperóxido de cumeno se forma a partir de una serie de reacciones en cadena en la
cual genera radicales libres que provienen de la oxidación del cumeno. Esta primera etapa
comienza con un radical iniciador (compuesto azo o peróxidos), por esta razón, al inicio
el cumeno se lo alimenta con un 4 % de cumeno hidroperóxido (Folgado y Gordicho,
2009). El iniciador ayuda a separar un hidrógeno de la molécula para obtener un radical
libre terciario, dando inicio al mecanismo de reacción:
O OH
CH3CH3
O
CH3CH3
+ OH
Cumeno
hidroperóxido
Descomposición
termal
Radical
hidroxilo
Radical
dimetilfenil carbonil
CH3CH3
+ OH
CH3 CH3C
+ OH2
Radical cumiloCumeno
Radical
hidroxilo
9
Figura 4. Reacción de iniciación. (Folgado y Gordicho, 2009).
1.3.2.2. Propagación.
Los radicales libres reaccionan con el oxígeno para formar cumeno hidroperóxido,
mientras que los radicales van regenerándose poco a poco. Este segundo paso se conoce
como etapa controlante de la reacción, es decir, la etapa que no se encuentra en equilibrio
y la más lenta:
CH3 CH3C
+ O2
O O
CH3CH3
Radical cumilo Radical
cumeno hidroperóxido
+
O O
CH3CH3CH3
CH3 CH3 CH3C
+
O OH
CH3CH3
Cumeno Radical
cumeno hidroperóxido
Radical cumilo CHP
Figura 5. Reacción de propagación. (Folgado y Gordicho, 2009).
O
CH3CH3
Radical
dimetilfenil carbonil
+
CH3CH3
OH
CH3CH3
+
CH3 CH3C
Cumeno DMPC Radical cumilo
10
1.3.2.3. Terminación.
En la última etapa los radicales hidroperóxidos formados separan un hidrógeno de la
molécula de cumeno para finalmente formar el cumeno hidroperóxido y la consecuente
formación de un nuevo radical libre terciario, para así empezar nuevamente con las
reacciones en cadena. El mecanismo de reacción llega a un punto donde el cumeno
hidroperóxido se descompone, es decir que la reacción en cadena empieza a frenar y
formar subproductos tales como dimetil fenil carbonil, l α-metil estireno y acetofenona.
O OH
CH3CH3
2 2
OH
CH3CH3
+ O2
CHP DMPC
Figura 6. Reacción de terminación, (Folgado & Gordicho, 2009).
1.4. Acetofenona.
Es una acetona aromática simple, cuyo nombre comercial es Fenilmetilcetona ó
Acetilbenceno y de fórmula química CH₃ COC₆ H₅ .
La acetofenona es un líquido incoloro o de cristales blancos, viscoso, de olor
característico, ligeramente soluble en agua, que en la antigüedad se lo comercializaba
como producto hipnótico y anti convulsionante. (Instituto Nacional de Seguridad e
higiene en el Trabajo, 1994).
CH3
O
Figura 7. Acetofenona.
11
1.4.1. Propiedades fisicoquímicas de la acetofenona.
Tabla 3. Propiedades fisicoquímicas de la acetofenona. (Instituto Nacional de
Seguridad e higiene en el trabajo, 1994.)
1.4.2. Obtención de la acetofenona.
Existen tres procesos para la producción de fenilmetilcetona, el primero se origina en el
proceso de Hock en la obtención de fenol en donde se aísla del residuo, y puede ser
producto principal por la descomposición de hidróxido de cumeno en presencia de
catalizadores en especial de nitrato de cobre II.
C CH3
O
+ CH3OHC OOH
CH3
CH3
Cu(NO3)2
H20
Figura 8. Reacción de obtención de acetofenona. (Siegel, & Eggerdorfer, 2000)
El segundo método es por la oxidación de etilbenceno con oxígeno o aire a una
temperatura 130° C y 0,5 MPa. Entre los catalizadores para la reacción se tiene sales de
cobalto o sales de magnesio.
La tercera posibilidad, de poca importancia industrial es por la acetilación de Friedel-
Crafts del benceno con anhídrido acético (Siegel, y Eggersdorfer, 2000).
Fórmula química. C8H8O.
Punto de fusión. 20° C.
Punto de ebullición. 202° C.
Densidad relativa. 1,03
Solubilidad en agua. Escasa.
Presión de vapor (kPa a 15°C) 0,133 kPa
Densidad relativa de vapor
(aire=1). 4,1
Densidad relativa mezcla
vapor/aire a 20°C (aire =1). 1
Punto de inflamación. 82° C.
Temperatura de autoignición. 571° C.
Coeficiente de reparto de
octanol/agua como log Pow. 1,58
12
1.4.3. Usos de la acetofenona.
Por sus características y propiedades tiene varios usos de gran importancia en la industria
entre los que están:
Plásticos y resinas: como catalizador en la polimerización de resinas, por reacción con
formaldehído, utilizado para tintas y recubrimientos.
En síntesis orgánicas: para fármacos, foto sensibilizador y abrillantadores ópticos.
Perfumes: es el componente de fragancias de jabones, detergentes, cremas y lociones.
Aromatizantes: en alimentos, bebidas no alcohólicas y tabacos ya que sus fragancias
se asemejan a jazmín, almendra, cereza y fresa.
Fotoindicadores: para la impresión especial de placas.
Aditivos: en goma de mascar.
1.5. Alcohol cumílico.
Compuesto orgánico del grupo de los alcoholes, al que se lo conoce con otros nombres:
α-cumil alcohol, 2-fenil-propan-2-ol, dimetilfenil, α,α-dimetilbencil alcohol,
dimetilbenceno metanol.
CH3CH3
OH
Figura 9. Alcohol cumílico. (Eintrag zu, 2017).
El α-cumil alcohol es un líquido blanquecino o amarillo pálido, inflamable, inodoro e
insoluble en agua.
1.5.1. Propiedades fisicoquímicas del alcohol cumílico.
Tabla 4. Propiedades fisicoquímicas del alcohol cumílico. (Eintrag zu, 2017).
Fórmula molecular. C9H12O.
Peso molecular. 136,19 (g/mol).
Punto de fusión. 28-32° C.
Punto de ebullición. 202° C.
Densidad. 0,973 g/cm3
Solubilidad en agua. Escasa prácticamente insoluble.
Índice de refracción (20° C). 1,5196 a (20° C).
13
1.5.2. Obtención del alcohol cumílico.
El principal método para su obtención es a través de la reacción de Grignard de bromuro
de fenil magnesio, utilizando como catalizador acetona o bromobenceno.
1.5.3. Usos del alcohol cumílico.
Producto de partida para solventes, resinas.
Se transforma por deshidrogenación en alfa metil estireno, muy útil para la
producción de polímeros.
1.6. Catálisis
1.6.1. Catálisis.
La catálisis estudia los cambios de velocidad, sea aumento o disminución en una reacción
química. (Montero, 2016).
Con el paso de los años, los catalizadores se han convertido en materiales importantes de
cualquier reacción química, gracias a que por lo general acelera la reacción al disminuir
la energía de activación, o modifica el mecanismo de reacción promoviendo una ruta
molecular distinta. (Oyama y Somorjai, 1986).
La reacción catalítica se puede representar como un ciclo en donde participa el catalizador
y recupera la forma original al final de la reacción, como se indica en la figura 10.
Figura 10. Ciclo catalítico en donde las moléculas reaccionantes se unen al
catalizador. (Chorkendorff, Niemantsverdriet; 2003)
Existen tres tipos de reacciones catalíticas; homogéneas, heterogéneas y enzimáticas. En
el estudio de la obtención de acetofenona y alcohol cumílico se efectúa una reacción
catalítica homogénea.
14
1.6.2. Catálisis homogénea.
La catálisis homogénea se da cuando los reactivos y el catalizador se encuentran en la
misma fase, ya sea líquida o gaseosa. Los catalizadores cambian el mecanismo de
reacción es decir, mientras se combina con los reactivos para formar intermedios estables,
buscan más reactivos para formar productos y al mismo tiempo regenerar el catalizador.
La principal característica de la catálisis homogénea, es que el acceso al mecanismo de
reacción es más fácil, y por lo tanto se puede dominar de mejor manera el correspondiente
proceso catalítico.
Otra ventaja de este tipo de catálisis es la ausencia de efectos de envenenamiento, que es
tan frecuente en el caso de la catálisis heterogénea, lo cual exige tratamientos costosos
para eliminar impurezas.
En catálisis homogénea la velocidad de reacción no depende directamente de sus
concentraciones sino de sus actividades, ya que la presencia de especies ajenas al acto
catalítico puede influenciarlas.
Las ventajas y desventajas de la catálisis homogénea en comparación con la heterogénea
se las puede apreciar a continuación.
Tabla 5. Comparación de catálisis homogéneas con heterogénea.
Catálisis Homogénea Catálisis Heterogénea
Selectividad Alta Variable
Actividad Alta Variable
Condiciones de reacción Moderada Severas
Tiempo de uso de catalizador Variable Prolongadas Variabilidad en las
propiedades estéricas y
electrónicas
Son posibles No posibles
Mecanismo
Posiblemente bajo en
determinadas
condiciones
Muy complejo
Impacto económico Menor Mayor
1.6.3. Tipos de catalizadores homogéneos.
Los tipos de catalizadores homogéneos son: catalizadores ácido-base, catalizadores
organométálicos por complejos de metales de transición, y catalizadores por enzimas.
15
Catalizadores Acido-Base.- La catálisis por ácido o por base puede ocurrir de dos
modos diferentes: catálisis específica y catálisis general. El ácido es el protón y la
base por lo general es un ion hidroxilo. (Nelson, 2006)
Figura 11. Reacción catalizada por ácido (Arellanos, López, Ramírez, Mares, 2012)
Catalizadores organométálicos.- Existe catálisis homogénea cuando los
catalizadores organométálicos son solubles en la reacción, estos catalizadores son
utilizados principalmente para las reacciones de hidrogenación o hidroformilación
entre otros. (Bell, R. P., 2006). En la actualidad, las aplicaciones industriales delos
catalizadores homogéneos se encuentran limitadas a los elementos del grupo 4 (Ti y
Zr), pero recientemente se han descubierto otros basados en elementos de transición
por ejemplo (Cr, Fe o Ni).
Enzimas.- son catalizadores que favorecen las reacciones dentro del organismo y se realizan
entre 36 y 37º C; son eficaces y específicos de manera que los reactivos o sustratos encajan
perfectamente en la molécula de la enzima. (Masel, 2001). Ejemplos: óxidorreductasas,
transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas, ligasas.
Para el proceso de oxidación del cumeno se utilizan catalizadores como: sales de hierro
(estearato de hierro II), y el cloruro de trifenilsulfonio.
1.6.3.1. Sales de hierro.
En la industria se utilizan catalizadores de transición tales como el paladio, rodio, iridio
y rutenio. Aunque la disponibilidad de estos catalizadores no es alta, presentan el
inconveniente de tener un alto precio y algunos de ellos presentan ciertos niveles de
16
toxicidad. Por esta razón, se han buscado alternativas mucho más económicas y menos
tóxicas, por eso se ha desarrollado catalizadores de hierro, ya que es el segundo metal
más abundante de la corteza terrestre y el más amigable con el medio ambiente. (Enthaler,
Junge, & Beller, 2008).
Los catalizadores de hierro pueden desempeñar diferentes funciones como:
Sustrato y/o productos.
Ligados para otros catalizadores de metal de transición para lograr la activación.
Como especies catalíticamente activas (Plietker, 2008).
Reacciones catalíticas con sales de hierro en acetonas.
La hidrogenación de enlaces C = C y la reducción de los enlaces C = O es una de las
reacciones industriales más importantes que resultan en presencia de complejos de hierro.
El etil benceno se convierte en acetofenona hidrogenada, como se muestra a continuación:
Ph CH3
O
Ph CH3
OHA (2 mol%)
H2 (3 atm)
tolueno
25 °C, 20h83% rendimiento
TMS
O
HTMS
Fe
HOC
OC
A
Figura 12. Reacción catalítica con sales de hierro de fenilmetilcetonas. (Plietker,
2008).
O
KO/Bu (4 mol%)
B (0,5 mol%)
2-PrOH, 22 °C
OH
hasta 76%
NN
P P
L1
Fe
L2Ph2 Ph2
[BF4]2
B: L1 = MeCN; L2 = CO /BuCN
Figura 13. Reacción catalítica con sales de hierro de fenilmetilcetonas. (Plietker,
2008).
17
La utilización de sales de hierro en una variedad de sustratos, transforma las
cetonas en alcoholes incluyendo bajas condiciones de reacción.
1.6.3.2. Cloruro de trifenil sulfonio
Compuesto químico de fórmula molecular C18H15ClS, es un nuevo catalizador utilizado
como semiconductor, que se encuentra en estado líquido, es soluble en agua y debe
mantenerse a temperatura ambiente; utilizado para aumentar el rendimiento de la
obtención de acetofenona y alcohol cumílico a partir de la oxidación de cumeno.
S+
Cl-
Figura 14. Estructura del cloruro de trifenil sulfonio. (Merck KGaA, 2017).
Los antecedentes más relevantes para la utilización de estos catalizadores en catálisis
homogénea son de las patentes estudiadas, HRONEC, H, y de OHKUBON, K.
18
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
2.1. Proceso experimental.
Destilación atmosférica
Oxidación Destilación al vacío
Cromatógrafo de columna
Cumeno con impurezas
Cumeno Purificado
Cumeno hidroperóxidoCatalizador (Z1, Z2)
Oxígeno
T= 90° C y 120° C
t= 6h y 12h
- Acetofenona-Alcohol cumílico- Cumeno residuo
Cumenoresiduo
- Acetofenona-Alcohol cumílico
Solventes: (2-propanol, acetona)
Acetofenona
Alcohol cumílico
Figura 15. Diagrama de flujo para la obtención de acetofenona y alcohol cumílico a
partir de la descomposición catalítica de cumeno.
La obtención de la acetofenona y alcohol cumílico a partir de la descomposición catalítica
del cumeno, se lleva a cabo mediante un proceso que incluye: destilación, calentamiento,
oxidación y separación.
Para la purificación del cumeno se lleva a cabo un proceso de destilación, separando de
esta manera todo tipo de impurezas que interfieran en la oxidación.
En la etapa de calentamiento se trabaja con las temperaturas asignadas que se
determinaron por revisión bibliográfica y verificada con ensayos experimentales para
cada uno de los catalizadores.
19
La oxidación de cumeno se realiza añadiendo inicialmente cumeno hidroperóxido,
equivalente a un 5 % del peso inicial del cumeno. A continuación se suministra oxígeno
en pequeñas dosis, entre 0,21 y 1 atm, y se añade las correspondientes dosis de los
catalizadores establecidas en los diferentes niveles del diseño experimental. Para la
cuantificación de la producción de la mezcla se utiliza el método de iodometría cada 40
min. Posteriormente para la identificación y cuantificación de cada producto, se realizan
pruebas con cromatógrafo de gases con espectrometría de masas.
Existen tres métodos principales para la separación de los componentes de la mezcla
obtenida: la destilación al vacío que permite la separación de líquidos con significativa
diferencia entre sus puntos de ebullición, la cristalización que es la trasferencia de masa
de un soluto de fase líquida a fase cristalina o pura, y la extracción líquido-líquido con
disolventes que es común utilizar cuando los compuestos tienen puntos de ebullición
cercanos.
Para separar la mezcla resultante de dicumil peróxido, acetofenona, alcohol cumílico y
cumeno, se analiza las propiedades fisicoquímicas de cada uno. El cumeno tiene un punto
de ebullición de 152 °C que permite su separación por destilación al vacío del resto de
compuestos. El dicumil peróxido se descompone rápidamente al calentarlo a altas
temperaturas en presencia de luz, lo que debería permitir separarlo por cristalización y
posteriormente filtración. Finalmente, para la separación de acetofenona y alcohol
cumílico se utiliza un cromatógrafo de columna debido a que son compuestos con puntos
de ebullición cercanos.
2.2. Diseño experimental.
Para cumplir con los objetivos de investigación planteados, se han establecido las
siguientes variables de interés:
Factores: tipo de catalizador, cantidad del catalizador, tiempo de reacción y
temperatura de reacción.
Variables de respuesta: rendimiento de acetofenona y alcohol cumílico.
Se plantean dos modelos de diseño factorial 2k, ya que es una de las familias de diseño de
mayor impacto en la industria y en la investigación, debido a su eficacia y versatilidad
(Gutiérrez & Salazar, 2008). Con estos modelos se estudia por separado las condiciones
20
adecuadas para obtener el mayor rendimiento de acetofenona y alcohol cumílico y
posteriormente comparar los resultados obtenidos.
En el primer modelo se estudian cuatro factores (tipo de catalizador, tiempo de reacción,
temperatura de reacción, masa de catalizador) y 2 réplicas (2k =24), las mismas que
aseguran disponibilidad de información para el análisis estadístico. Esto implica un total
de 32 corridas experimentales.
Tabla 6. Resumen de los factores con sus respectivos niveles.
Factor Unidades Niveles Variables de
respuesta
Tipo de catalizador (Z) ---- Z1 Z2
% AF
% AC Temperatura (T) ° C 90 120
Tiempo (t) h 6 12
Masa del catalizador (m) g 0,30 0,40
Tabla 7. Diseño experimental para el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico
Experimentación %AF %AC
Z1 T1 t1 m1 R1 R2 R1 R2
Z1 T1 t1 m2 R1 R2 R1 R2
Z1 T1 t2 m1 R1 R2 R1 R2
Z1 T1 t2 m2 R1 R2 R1 R2
Z1 T2 t1 m1 R1 R2 R1 R2
Z1 T2 t1 m2 R1 R2 R1 R2
Z1 T2 t2 m1 R1 R2 R1 R2
Z1 T2 t2 m2 R1 R2 R1 R2
Z2 T1 t1 m1 R1 R2 R1 R2
Z2 T1 t1 m2 R1 R2 R1 R2
Z2 T1 t2 m1 R1 R2 R1 R2
Z2 T1 t2 m2 R1 R2 R1 R2
Z2 T2 t1 m1 R1 R2 R1 R2
Z2 T2 t1 m2 R1 R2 R1 R2
Z2 T2 t2 m1 R1 R2 R1 R2
Z2 T2 t2 m2 R1 R2 R1 R2
Donde:
Z1= catalizador 1 (sales de hierro).
21
Z2= catalizador 2 (cloruro de trifenil sulfonio).
T1= temperatura 1.
T2=temperatura 2.
t1= tiempo 1.
t2= tiempo 2.
m1= masa catalizador 1.
m2= masa catalizador 2.
%AF= rendimiento de acetofenona.
%AC= rendimiento de alcohol cumílico.
R1= rendimiento 1.
R2= rendimiento 2.
Para el segundo modelo, después de trabajar con diferentes temperaturas se obtiene las
condiciones óptimas de temperatura, masa y tipo de catalizador; que sirve para comparar
el rendimiento con el anterior diseño experimental, empleando dos factores (tiempo de
reacción y temperatura) con dos réplicas, 2k =22 dando un total de 8 corridas para cada
uno.
El desarrollo completo del diseño experimental da un total de 48 corridas.
Tabla 8. Evaluación de los factores tiempo y temperatura empleando el
catalizador Z1.
Factor Unidades Niveles Variables de respuesta
Catalizador (Z1)
Tiempo h 6 9 % AF
% AC Temperatura °C 90 100
22
Tabla 9. Evaluación de los factores tiempo y temperatura empleando el
catalizador Z2.
Factor Unidades Niveles Variables de respuesta
Catalizador (Z2)
Tiempo h 9 15 % AF
% AC Temperatura °C 90 105
Tabla 10. Diseño experimental para el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico utilizando el catalizador Z1.
Catalizador 1 %AF %AC
t1 T1 R1 R2 R1 R2
t1 T2 R1 R2 R1 R2
t2 T1 R1 R2 R1 R2
t2 T2 R1 R2 R1 R2
Tabla 11. Diseño experimental para el rendimiento de acetofenona y alcohol
cumílico utilizando el catalizador Z2.
Catalizador 1 %AF %AC
t1 T1 R1 R2 R1 R2
t1 T2 R1 R2 R1 R2
t2 T1 R1 R2 R1 R2
t2 T2 R1 R2 R1 R2
2.3. Materiales y equipos.
Vasos de precipitación V: 500 ml Ap. ± 50 ml
V: 250 ml Ap. ± 25 ml
V: 100 ml Ap. ± 20 ml
Erlenmeyer V: 250 ml Ap. ± 25 ml
Probetas V: 10 ml Ap. ± 1 ml
V: 100 ml Ap. ± 1 ml
Bureta V: 50 ml Ap. ± 1 ml
Balanza analítica R: 1 kg Ap. ± 0,0001 g
23
Agitador magnético Marca: Heidolph Modelo: MR Hei-Tec
Pipetas graduadas V: 0.5 ml Ap. ± 0,005 ml
V: 10 ml Ap. ± 0,1 ml
V: 5 ml
Balón aforado V: 100 ml
V: 500 ml
V: 1000 ml
Cromatógrafo de gases Marca: Agilent Technologuis
Modelo: 7820 A GC System
Cromatógrafo de gases con espectro- Marca: Agilent Technologuis
metría de masa. Modelo: 5977 E MSD
Agitador de vidrio.
Bomba al vacío.
Embudo.
Pinzas.
Soporte universal.
Mangueras.
Refrigerante de reflujo de bolas.
Condensador de Liebig.
Calentador magnético.
Cromatógrafo de columna.
2.4. Sustancias y reactivos.
Ácido acético glacial CH3COOH
Tiosulfato sódico Na2S2O3
Estearato de hierro 3Fe(C17H35COO)
Cumeno C9H12
Cumeno hidroperóxido C9H12O2
Cloruro de trifenilsulfonio C18H15ClS
Oxígeno O2
Almidón soluble (C6H10O5)n
24
Yoduro de potasio KI
Silica SiO2
Acetona C3H6O
2-propanol C3H8O
2.5. Procedimiento.
2.5.1. Destilación del cumeno.
Para la purificación de cumeno se debe realizar una destilación simple, para eliminar las
impurezas que contiene.
a) Armar el equipo de destilación.
b) Adicionar 300 ml de cumeno en el balón de destilación. Para evitar el burbujeo
brusco, se coloca núcleos de ebullición.
c) Controlar la temperatura de destilación, que se lleva a cabo alrededor de 130° C.
d) Guardar el destilado en frascos ámbar en un lugar oscuro.
2.5.2.Oxidación.
Para la oxidación del cumeno se adapta un capilar de vidrio en el matraz Erlenmeyer lo
que permite el ingreso de oxígeno de manera uniforme, y se adecúa una salida externa
que permite la toma de muestras para los posteriores análisis.
a) Armar el equipo de oxidación.
b) En el Erlenmeyer colocar 50 g de cumeno purificado, 3 g de cumeno hidroperóxido,
0,30 y/o 0,40 g de catalizador según corresponda con el diseño, y por último el
agitador magnético; asegurar que se encuentre totalmente cerrado.
c) En una mezcla de agua y glicerina, colocar el reactor a baño maría, y calentar según
la temperatura de trabajo.
d) Al alcanzar la temperatura de trabajo, inmediatamente iniciar con la inyección de
oxígeno a un flujo de 60 ml/min.
e) Cada 40 min tomar muestras para la cuantificación de peróxidos mediante pruebas de
iodometría.
25
2.5.3.Iodometría.
Esta prueba se realiza para determinar la presencia de peróxidos en la mezcla reactante,
y realizar los cálculos correspondientes para cuantificar el porcentaje de cumeno
hidroperóxido.
a) Para los cálculos de porcentaje de cumeno hidroperóxido se realiza la primera prueba
de iodometría denominada experimento ciego, con la muestra a la temperatura de
trabajo antes de inyectar oxígeno. Para esto, se debe tomar una muestra de 0,2 g de la
mezcla, adicionar 5 ml de yoduro de potasio y 10 ml de ácido acético glacial; tapar el
matraz y dejar en reposo por 40 minutos en un lugar oscuro. A continuación, colocar
5 gotas de almidón soluble que actúa como indicador, titular la mezcla con tiosulfato
de sodio hasta que el color cambie de café o amarillo a blanco. Registrar el volumen
del agente titulante.
b) Realizar las pruebas de iodometría cada 40 min, como se lo hizo en el literal anterior,
con la diferencia de que se lo efectúa con la inyección de oxígeno a la temperatura de
reacción.
c) Con los datos registrados durante las horas de experimentación, construir la curva de
porcentaje de cumeno hidroperóxido en función del tiempo.
2.5.4.Obtención de acetofenona y alcohol cumílico.
a) Después de las 6 y 12 h de reacción respectivamente según el diseño experimental,
recolectar el producto final en frascos color ámbar.
b) Para determinar la obtención de acetofenona y alcohol cumílico, realizar una prueba
en el Cromatógrafo de gases con espectrometría de masas, que cuantifica y cualifica
los productos que se encuentran en la mezcla.
2.5.5.Separación.
Destilación.
Para la separación de los compuestos obtenidos (cumeno en exceso, acetofenona y alcohol
cumílico), se debe realizar una destilación al vacío, el cumeno tiene punto de ebullición
de 152,4° C por lo que se separa de la acetofenona y alcohol cumílico, que tienen su punto
de ebullición de 202° C.
a) Armar el equipo de destilación.
26
b) Adicionar la mezcla resultante en el balón de destilación, para evitar el burbujeo
brusco se coloca núcleos de ebullición.
c) Encender la bomba al vacío.
d) Controlar la temperatura de destilación.
e) Guardar el destilado en frascos ámbar en un lugar oscuro.
f) Tomar la muestra del destilado y realizar las pruebas en el Cromatógrafo de gases con
espectrometría de masa.
Separación por cromatografía en columna.
Se realiza cromatografía en columna para la separación de acetofenona y alcohol
cumílico.
a) Colocar gel sílice de columna (diámetro 0,063-0,200 nm), y adicionar la muestra.
b) Adicionar el solvente, acetona para alcohol cumílico, y 2-propanol para acetofenona,
en una proporción (2:1).
c) Cada 5 min tomar muestras de 10 mL en tubos de ensayo, hasta que el solvente
arrastre al compuesto afín.
g) Tomar la muestra de la separación y analizar en el Cromatógrafo de gases con
espectrometría de masa.
27
3. DATOS EXPERIMENTALES
3.1. Datos de pruebas de iodometría.
Tabla 12. Datos de pruebas de iodometría de la oxidación de cumeno a cumeno
hidroperóxido.
N° de
prueba
Tiempo
min
Peso
(g)
Titulación
(mL)
1 0 0,2068 1,6
2 20 0,2045 2,6
3 40 0,2043 2,8
4 60 0,2106 3
5 82 0,2098 3,2
6 102 0,2054 3,2
7 122 0,2157 3,2
8 142 0,2105 3,1
9 162 0,2127 2,9
10 182 0,2056 2,6
11 202 0,2044 2,3
12 222 0,2065 1,7
13 242 0,2046 1,6
14 302 0,2085 1,2
3.2. Datos iniciales para determinar el balance de materia.
3.2.1. Datos para balance de materia diseño experimental 1.
Tabla 13. Datos iniciales para balance de materia con el diseño experimental 1,
(réplica 1).
N° de
prueba
Masa inicial
cumeno
(g)
Masa del
catalizador
(g)
Masa cumeno
hidroperóxido
(g)
Masa final
productos
(g)
1 50,0987 0,3045 3,0034 48,9567
2 50,0577 0,4043 3,0023 48,393
3 50,0296 0,306 3,0008 47,2903
4 50,0861 0,402 3,012 48,0393
5 50,0458 0,3006 3,0019 49,1446
6 50,021 0,4079 3,0089 48,9877
7 50,0537 0,3075 3,0013 47,0943
8 50,0014 0,4016 3,0059 48,0403
9 50,0146 0,3034 3,005 48,979
28
Tabla 13. (Continuación).
10 50,0183 0,4038 3,0048 49,003
11 50,0154 0,3073 3,0019 47,938
12 50,0156 0,405 3,0045 47,948
13 50,0053 0,3054 3,0009 48,975
14 50,0238 0,4086 3,0013 48,973
15 50,008 0,3022 3,0021 46,987
16 50,0193 0,4003 3,0004 47,028
Tabla 14. Datos iniciales para balance de materia con el diseño experimental 1,
(réplica 2).
Tabla 15. Porcentaje en masa de cada producto obtenido en el cromatógrafo de
gases con espectrómetro de masa, para el diseño experimental 1, (réplica 1 y 2).
N° de
prueba
% de
cumeno
Réplica 1
% de
acetofenona
Réplica 1
% de
alcohol
cumílico
Réplica 1
% de
cumeno
Réplica 2
% de
acetofenona
Réplica 2
% de
alcohol
cumílico
Réplica 2
1 23,578 23,8 52,622 25,765 22,453 51,782
2 23,804 23,574 52,622 24,583 23,145 52,272
3 19,762 21,725 58,513 18,718 21,657 59,625
4 15,045 21,476 63,479 16,31 20,919 62,771
N° de
prueba
Masa inicial
cumeno
(g)
Masa del
catalizador
(g)
Masa cumeno
hidroperóxido
(g)
Masa final
productos
(g)
1 50,0159 0,3003 3,0105 48,932
2 50,0806 0,4002 3,1132 48,394
3 50,015 0,3039 3,013 46,739
4 50,035 0,4032 3,0151 48,1257
5 50,0027 0,3005 3,0053 48,1545
6 50,0037 0,4034 3,0936 48,485
7 50,0464 0,3009 3,0092 47,9368
8 50,0021 0,4001 3,0438 48,0087
9 50,0012 0,3008 3,0039 49,2451
10 50,0156 0,4012 3,0012 49,1034
11 50,0596 0,3045 3,0943 47,9904
12 50,0054 0,4053 3,0193 48,0075
13 50,0076 0,3007 3,0089 48,9346
14 50,0034 0,4032 3,032 48,9994
15 50,0008 0,3022 3,0309 47,9252
16 50,0019 0,4002 3,0443 47,4859
29
Tabla 15. (Continuación).
5 24,778 22,962 52,26 24,634 22,941 52,425
6 26 24,504 49,496 29,947 22,387 47,666
7 21,762 24,197 54,041 18,725 25,9 55,375
8 20,63 23,307 56,063 21,959 22,435 55,606
9 20,99 22,519 56,491 21,569 22,109 56,322
10 21,98 22,083 55,937 22,905 22,009 55,086
11 25,705 30,187 44,108 24,297 30,765 44,938
12 24,122 30,96 44,918 23,913 31,098 44,989
13 51,503 18,976 29,521 53,044 18,087 28,869
14 50,3 19,57 30,13 48,378 20,863 30,759
15 47,326 22,917 29,757 48,197 21,345 30,458
16 45,578 23,875 30,547 46,486 22,439 31,075
3.2.2. Datos para balance de materia diseño experimental 2.
Tabla 16. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2,
con estearato de hierro II como catalizador, (réplica 1).
N° de
prueba
Masa inicial
cumeno
(g)
Masa del
catalizador
(g)
Masa cumeno
hidroperóxido
(g)
Masa final
productos
(g)
1 50,0023 0,4032 3,0304 48,9941
2 50,0495 0,4021 3,0214 48,8974
3 50,0048 0,4012 3,0021 47,976
4 50,0334 0,4004 3,0102 47,7459
Tabla 17. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2,
con estearato de hierro II como catalizador, (réplica 2).
N° de
prueba
Masa inicial
cumeno
(g)
Masa del
catalizador
(g)
Masa cumeno
hidroperóxido
(g)
Masa final
productos
(g)
1
2
50,0149 0,4044 3,0035 48,9045
50,043 0,4093 3,0022 48,9953
3 50,0214 0,4005 3,0344 47,8986
4 50,0018 0,4103 3,0424 48,0055
30
Tabla 18. Porcentaje en masa de cada producto obtenido en el cromatógrafo de
gases con espectrómetro de masa, para el diseño experimental 2, con estearato
de hierro como catalizador, (réplica 1 y 2).
N° de
prueba
% de
cumeno
Réplica 1
% de
acetofenona
Réplica 1
% de
alcohol
cumílico
Réplica 1
% de
cumeno
Réplica 2
% de
acetofenona
Réplica 2
% de
alcohol
cumílico
Réplica 2
1 24,282 35,076 40,642 23,485 34,658 41,857
2 25,649 24,636 49,715 27,181 24,065 48,754
3 22,977 30,508 46,515 25,239 29,674 45,087
4 17,527 30,812 51,661 18,633 30,128 51,239
Tabla 19. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2,
con cloruro de trifenil sulfonio como catalizador, (réplica 1).
N° de
prueba
Masa inicial
cumeno
(g)
Masa del
catalizador
(g)
Masa cumeno
hidroperóxido
(g)
Masa final
productos
(g)
1 50,0044 0,4012 3,0082 48,2122
2 50,0093 0,4193 3,0033 48,8373
3 50,0003 0,4008 3,032 46,9098
4 50,0122 0,4023 3,0312 47,0023
Tabla 20. Datos iniciales para balance de materia con diseño experimental 2,
con cloruro de trifenil sulfonio como catalizador, (réplica 2).
N° de
prueba
Masa inicial
cumeno
(g)
Masa del
catalizador
(g)
Masa cumeno
hidroperóxido
(g)
Masa final
productos
(g)
1 50,0213 0,4003 3,0303 48,9118
2 50,0239 0,4033 3,111 48,7932
3 50,0093 0,4101 3,0211 46,7262
4 50,0028 0,4018 3,0021 46,3321
31
Tabla 21. Porcentaje en masa de cada producto obtenido con el cromatógrafo
de gases con espectrómetro de masa, para el diseño experimental 2, con cloruro
de trifenil sulfonio como catalizador, (réplica 1 y 2).
N° de
prueba
% de
cumeno
Réplica 1
% de
acetofenona
Réplica 1
% de
alcohol
cumílico
Réplica 1
% de
cumeno
Réplica 2
% de
acetofenona
Réplica 2
% de
alcohol
cumílico
Réplica 2
1 35,571 43,216 21,213 35,577 43,098 21,325
2 33,591 43,459 22,95 35,033 42,985 21,982
3 36,839 44,087 19,074 34,792 44,235 20,973
4 35,728 44,723 19,549 34,915 45,12 19,965
3.3. Datos de consumo de oxígeno.
Tabla 22. Datos para el cálculo de consumo de oxígeno en la reacción.
Tiempo de
reacción
Caudal de O2
(mL / min)
Lectura de
manómetro
inicial, (kg/m2)
Lectura de
manómetro final,
(kg/m2)
6
0,6
1800 1400
9 1800 1200
12 1800 1000
15 1800 700
32
4. CÁLCULOS
4.1. Determinación de la concentración de cumeno hidroperóxido.
El cumeno se oxida a temperatura ambiente agregando ácido acético y yoduro de potasio,
como se muestra en la siguiente reacción:
C9H12+ KI → I2 +C9H12O2 + H2O 1
CH3CH3
+ KI + OH2
Cumeno
hidroperóxido
Cumeno
O OH
CH3CH3
CH3COOH
T (ambiente)
20 °C
Se titula con tiosulfato de sodio y se aplica la siguiente fórmula:
% p CH =(V−V0)∗N∗Eq
m∗1000∗ 100 2
Donde:
V = consumo del agente de titulación (tiosulfato de sodio), mL.
V0 = consumo del agente de titulación del experimento ciego, mL.
N = normalidad del tiosulfato, # Eq-g soluto/L.
Eq = equivalente en peso del cumeno hidroperóxido, eq-g/mol= 152,194/2.
m = peso de la muestra, g.
Ejemplo modelo del primer diseño experimental, tomado de la réplica 1 Tabla 12, para la
determinación de la concentración de cumeno hidroperóxido.
n= 1
33
V = 2,7 mL.
V0 = 1,6 mL.
N = 0,1 N.
Eq = 76,097
m = 0,2097 g.
% p CH =(2,7 − 1,6) ∗ 0,1 ∗ 76,097
0,2095 ∗ 1000∗ 100 = 3,9917
4.2. Balance de materia.
La siguiente es la reacción química que se aplica para la obtención de acetofenona y
alcohol cumílico a partir de la descomposición catalítica del cumeno, para lo cual se
realiza el balance de materia por componentes atómicos.
C9H12 + C9H12O2 + O2 → C8H8O + C9H12O + C9H12 + O2 3
CH3CH3
+ +
Cumeno
hidroperóxido
Cumeno
O OH
CH3CH3
O2
CH3O
CH3
CH3
OH
+ +
CH3CH3
+ O2
catal izador
Acetofenona Alcohol
cumílico
Cumeno
4.2.1. Cálculo de moles a la entrada y salida del balance de materia para el diseño
experimental 1, Tablas 13, 15 réplica 1.
Tabla 23. Datos para el cálculo de moles a la entrada y salida del balance de
materia n=1.
ENTRADA
Componente Fórmula PM, (g/mol) Masa, (g)
Cumeno C9H12 120 50,0987
Cumeno hidroperóxido C9H12O2 152 3,0034
Oxígeno O2 32 25,2781
34
Tabla 23. (Continuación).
SALIDA
Componente Fórmula PM, (g/mol) % peso
Peso total de la
muestra
resultante, (g)
Acetofenona C8H8O 120 23,8
48,9567 Alcohol cumílico C9H12O 136 52,622
Cumeno C9H12 120 23,578
Oxígeno O2 32 ---
Cálculo de moles en la entrada.
Para el cumeno:
50,0987 g C9H12 x1 mol C9H12
120 g C9H12= 0,4175 mol C9H12
Para el cumeno hidroperóxido:
3,0034 g C9H12O2 x1 mol C9H12
152 g C9H12= 0,01976 mol C9H12O2
Para el oxígeno:
Para calcular la presión absoluta y determinar las moles de oxígeno empleados, se realizan
lecturas del manómetro al inicio y final del trabajo experimental durante el tiempo
establecido en la Tabla 22. Con la lectura del manómetro se comprueba que se trata de un
gas que trabaja a una presión menor a 10 atmósferas por lo que se emplea la ecuación de
gas ideal.
El caudalímetro marca un flujo constante durante el periodo de trabajo experimental, 60
mL/min, este dato se utiliza para el cálculo del volumen de gas en una jornada
experimental para n=1, como se muestra a continuación:
Q= 0,06 L/min.
t= 360 min.
Presión manométrica= 1400 kg/m2.
35
Cálculo de la presión absoluta:
Pabs= Pman + Patm 4
1400 kg
m2x
1 atm
10332,27 kg
m2
= 0,135 atm.
Pabs= 0,135 atm + 0,72 atm. 5
Pabs= 0,855 atm.
Cálculo del volumen de oxígeno:
Q =V
t 6
V = Q ∗ t. 7
V = 0,06L
min∗ 360 min.
V = 21,6 L.
Moles de oxígeno:
PV= nRT. 8
P= 0,855 atm.
V= 21,6 L.
R= 0,08205 atm*L/ mol*K.
T= 298 K.
n =PV
RT 9
n =(0,855 atm)x(21,6 L)
(0,08205𝑎𝑡𝑚 ∗ 𝐿𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾
) 𝑥(298 𝐾)
n = 0,755 𝑚𝑜𝑙 𝑂2
36
Cálculo de moles a la salida.
Para la acetofenona:
g C8H8O =48,9567 g x 23,8%
100%= 11,6517 𝑔C8H8O
11,6517 g C8H8O x1 mol C8H8O
120 g C8H8O= 0,0971 mol C8H8O
Para el alcohol cumílico:
g C9H12O =48,9567g x 52,622%
100%= 25,76199 𝑔C9H12O
25,7619 g C9H12O x1 mol C9H12O
136 g C9H12O= 0,1894 mol C9H12O
Para el cumeno:
g C9H12 =48,9567 g x 23,578%
100%= 11,5430 𝑔C9H12
11,5430 g C9H12 x1 mol C9H12
120 g C9H12= 0,0962 mol C9H12
Para el oxígeno:
El oxígeno a la salida del reactor no se puede cuantificar directamente, por lo que se
analiza mediante un balance de materia por componentes atómicos.
4.2.2. Balance de componentes atómicos:
ENTRADA + REACCIONA =SALIDA + PÉRDIDAS 10
Balance para el carbono:
0,4175 mol C9H12 x9 mol C
1 mol C9H12+ 0,01976 mol C9H12O2 x
9 mol C
1 mol C9H12O2=
37
0,0971 mol C8H8O x 8 mol C
1 mol C8H8O+ 0,1894 mol C9H12O x
9 mol C
1 mol C9H12O
+ 0,0962 mol C9H12 x 9 mol C
1 mol C9H12
3,7575 mol C + 0,1779 mol C = 0,7767 mol C + 1,7048 mol C + 0,8657 mol C
3,9353 átomo gramo C. = 3,3472 átomo gramo C
Balance para el hidrógeno:
0,4175 mol C9H12 x12 mol H
1 mol C9H12+ 0,01976 mol C9H12O2 x
12 mol H
1 mol C9H12O2=
0,0971 mol C8H8O x 8 mol H
1 mol C8H8O+ 0,1894 mol C9H12O x
12 mol H
1 mol C9H12O
+ 0,0962 mol C9H12 x 12 mol C
1 mol C9H12
5,01 mol H + 0,2371 mol H = 0,7767 mol H + 2,2730 mol H + 1,1543 mol H
5,2471 átomo gramo H = 4,2040 átomo gramo H
Balance para el oxígeno:
0,01976 mol C9H12O2 x 2 mol O
1 mol C9H12O2+ 0,7553 mol O2 x
2 mol O
1 mol O2=
0,0971 mol C8H8O x 1 mol H
1 mol C8H8O+ 0,1894 mol C9H12O x
1 mol O
1 mol C9H12O
+ 2𝑛 mol O2
0,0395 mol O + 1,5106 mol O = 0,0971 mol O + 0,1894 mol O + 2n
1,5501 mol O = 0,2865 mol O + 2n O
1,5501mol O − 0,2865 mol O = 2n O
1,2636 mol O = 2n O
n O =1,263
2
n O = 0,6318 átomo gramo de O, a la salida.
38
Balance del oxígeno a la salida:
1,5501 mol O = 0,0971 mol O + 0,1894 mol O + 2n O
1,5501 mol O = 0,0971 mol O + 0,1894 mol O + (2 x 0,6318)moles O
1,5501 átomo gramo O = 1,5501 átomo gramo O.
4.2.3. Pérdidas.
Para estimar las pérdidas que se producen durante la reacción se considera una media
de la composición para todas las alícuotas.
Cumeno Oxígeno
moles promedio =0,4175 + 0,09619
2 moles promedio =
0,7553 + 0,6318
2
moles promedio = 0,2568 moles. moles promedio = 0,6936 moles
Tabla 24. Pérdidas de cada compuesto de la reacción.
Compuesto C9H12 O2 C9H12O2 C8H8O C9H12O
0,2568 0,6936 0,0198 0,0971 0,1894
Tabla 25. Balance de materia total por componentes atómicos.
ENTRADA (moles) SALIDA (moles)
C9H12 C9H12O2 O2 C8H8O C9H12O C9H12 O2
C 3,758 0,178 -- C 0,777 1,705 0,866 --
H 5,01 0,237 -- H 0,777 2,273 1,154 --
O -- 0,040 1,511 O 0,097 0,189 -- 1,264
TOTAL 8,768 0,455 1,511
TOTAL 1,651 4,167 2,020 1,264
10,733 10,358
4.3. Análisis estadístico para el primer diseño experimental.
El análisis estadístico se realiza con ANOVA MULTIFACTORIAL por modelo de efecto
fijo, que está diseñado para describir el impacto de dos o más factores de una variable
39
dependiente, y poder determinar la influencia de cada uno de los factores como:
temperatura, tipo de catalizador, masa de catalizador y tiempo; en la obtención de
acetofenona y alcohol cumílico.
Con este modelo estadístico se estudia el efecto individual de cada factor o la interacción
que existe entre los mismos. Se trabaja con dos repeticiones ya que experiencias similares
señalan que las interacciones de un orden mayor que dos no son estadísticamente
significativas por lo cual se analizan de este orden de interacción.
Se utiliza el software STATGRAPHICS CENTURION XVI que es una herramienta para
el análisis de datos estadísticos y la optimización del diseño de múltiples respuestas, que
combina procedimientos analíticos con gráficos interactivos.
Se maneja la metodología de Superficie de Respuesta, cuyo objetivo es optimizar la
variable de interés y con esto obtener las condiciones óptimas de reacción, para poder
analizar en un segundo diseño experimental.
Tabla 26. ANOVA para diseño estadístico factorial 24.
Fuente Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadrados
medio
Estadístico de
Fisher Valor-p
Factor A SCA a-1 CMA CMA/ CMR P(F>Fcr)
Factor B SCB b-1 CMB CMB/ CMR P(F>Fcr)
Factor C SCC c-1 CMC CMC/ CMR P(F>Fcr)
Factor D SCD d-1 CMD CMD/ CMR P(F>Fcr)
Factor AB SC (AB) (a-1)(b-1) CM(AB) CM(AB)/ CMR P(F>Fcr)
Factor AC SC (AC) (a-1)(c-1) CM(AC) CM(AC)/ CMR P(F>Fcr)
Factor BC SC (BC) (b-1)(c-1) CM(BC) CM(BC)/ CMR P(F>Fcr)
Factor BD SC (BD) (b-1)(d-1) CM(DB) CM(DB)/ CMR P(F>Fcr)
Factor CD SC (CD) (c-1)(d-1) CM(CD) CM(CD)/ CMR P(F>Fcr)
Residual SCR abcd(n-1) CMR
Total SCT abcd -1 CMT
Tabla 27. Codificación de factores para el análisis estadístico diseño
experimental 1 para la acetofenona.
Factor Notación
Tipo de catalizador A
Temperatura B
Tiempo C
Masa de catalizador D
40
Las hipótesis nulas establecidas son las siguientes:
Ho1 = No existe efecto del tipo de catalizador A en el rendimiento de reacción.
Ho2 = No existe efecto de la temperatura B en el rendimiento de reacción.
Ho3 = No existe efecto del tiempo C en el rendimiento de reacción.
Ho4 = No existe efecto de la masa del catalizador D en el rendimiento de reacción.
Ho5 = El efecto de la interacción AD sobre las medias es igual.
Ho6 = El efecto de la interacción BC sobre las medias es igual.
Ho7 = El efecto de la interacción BD sobre las medias es igual.
Ho8 = El efecto de la interacción CD sobre las medias es igual.
Ho9 = El efecto de la interacción AB sobre las medias es igual.
Ho10 = El efecto de la interacción AC sobre las medias es igual.
Se establece un nivel de significancia del 95% (α = 0,05). Si el valor-p es menor que el
nivel de significancia elegido, se rechaza la hipótesis nula.
4.4. Análisis estadístico para el segundo diseño experimental.
Para el análisis estadístico del segundo diseño experimental al igual que el anterior, se
utilizó ANOVA MULTIFACTORIAL por modelo de efecto fijo, que está diseñado para
describir el impacto de dos o más factores de una variable dependiente, y poder
determinar la influencia de cada uno de los factores óptimos determinados en la
metodología de Superficie de Respuesta los cuales son: temperatura, y tiempo.
Se utilizó el software STATGRAPHICS CENTURION XVI que es una herramienta para
el análisis de datos estadísticos y la optimización del diseño de múltiples respuestas, que
combina procedimientos analíticos con gráficos interactivos.
Tabla 28. ANOVA para diseño estadístico factorial 22.
Fuente
Suma de
cuadrados
Grados de
libertad
Cuadrados
medio
Estadístico de
Fisher Valor-p
Factor A SCA a-1 CMA CMA/ CMR P(F>Fcr)
Factor B SCB b-1 CMB CMB/ CMR P(F>Fcr)
Factor AB SC (AB) (a-1)(b-1) CM(AB) CM(AB)/ CMR P(F>Fcr)
Residual SCR abcd(n-1) CMR
Total SCT abcd -1 CMT
41
Tabla 29. Codificación de factores para el análisis estadístico diseño
experimental 2 para la optimización de acetofenona y alcohol cumílico con su
correspondiente catalizador.
Factor Notación
Tiempo A
Temperatura B
Las hipótesis nulas establecidas son las siguientes:
Ho1 = No existe efecto del tiempo A en el rendimiento de reacción.
Ho2 = No existe efecto de la temperatura B en el rendimiento de reacción.
Ho3 = El efecto de la interacción AB sobre las medias es igual.
Se establece un nivel de significancia del 95% (α = 0,05). Si el valor-p es menor que el
nivel de significancia elegido, se rechaza la hipótesis nula.
42
5. RESULTADOS
5.1. Resultados para pruebas de iodometría.
En la Tabla 30 se muestran los resultados de las pruebas de iodometría, en donde se
analiza la descomposición catalítica del cumeno a cumeno hidroperóxido.
Tabla 30. Resultados pruebas de iodometría.
N° de
prueba
Tiempo
min
Peso
(g)
Titulación
(mL)
%Cumeno
hidroperóxido
1 0 0,2077 1,6 0
2 20 0,205 2,6 3,721
3 40 0,204 2,8 4,469
4 60 0,211 3 5,059
5 82 0,209 3,2 5,803
6 102 0,205 3,2 5,928
7 122 0,216 3,2 5,645
8 142 0,211 3,1 5,423
9 162 0,213 2,9 4,651
10 182 0,206 2,6 3,701
11 202 0,204 2,3 2,606
12 222 0,207 1,7 0,369
13 242 0,205 1,6 0
14 302 0,209 1,2 -1,459
En la Figura 16 se observa el diagrama de la curva de descomposición de cumeno a
cumeno hidroperóxido. En el minuto 102 se obtiene un máximo porcentaje de conversión
de 5,9288, y posteriormente empieza a disminuir, dando lugar a la formación de los
productos deseados en la experimentación.
43
Figura 16. Diagrama de la curva de descomposición catalítica de cumeno a cumeno
hidroperóxido.
5.2. Resultados consumo de oxígeno.
La Tabla 31 contiene los datos de consumo de oxígeno para los diferentes tiempos de
reacción.
Tabla 31. Resultado consumo de oxígeno.
Tiempo de
reacción
(h)
Presión
manométrica
(kg/m2)
Presión
manométrica
(atm)
Presión
absoluta
(atm)
Volumen
(L)
Moles
(mol)
6 1400 0,135 0,855 21,6 0,755
9 1200 0,116 0,836 32,4 1,108
12 1000 0,097 0,817 43,2 1,44
15 700 0,068 0,788 54 1,966
5.3. Resultados de balance de materia.
5.3.1. Resultados de balance de materia para el primer diseño experimental.
En la Tabla 32 se muestran los resultados obtenidos del balance de materia para cada
matriz experimental, con un ejemplo cada uno. Los resultados totales se encuentran en
Anexo F.
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
0 50 100 150 200 250 300 350
Po
rcen
taje
de
cum
eno
hd
rop
eró
xid
o
Tiempo
% Cumeno hidroperóxido en función del tiempo
44
5.3.2. Resultados de balance de materia para el segundo diseño experimental.
Al igual que el diseño experimental 1 en las Tablas 33 y 34 se muestran los resultados del
balance de materia para cada prueba del diseño experimental 2, con sus condiciones y
respectivos catalizadores.
45
Tabla 32. Resultados del balance de materia del primer diseño experimental, (réplica 1).
Sustancia Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi
Cumeno 50,099 0,418 0,214 38,556 0,321 0,546 11,5428 0,096 0,058 30,821 0,257 0,204
Cumeno hidroperóxido 3,003 0,020 0,010 3,003 0,020 0,034 --- --- --- 3,004 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,904 0,247 0,4200 40,436 1,264 0,768 22,194 0,694 0,552
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,651 0,097 0,059 11,651 0,097 0,077
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,761 0,189 0,115 25,761 0,189 0,151
TOTAL 101,442 1,948 1,000 49,463 0,588 1 89,391 1,646 1,000 93,431 1,257 1,000
2,736 = 2,903
46
Tabla 33. Resultado del balance de materia del diseño experimental 2 con estearato de hierro II como catalizador, (réplica 1).
Sustancia Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) Xi Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi
Cumeno 50,002 0,417 0,214 38,121 0,318 0,541 11,8812 0,099 0,060 30,943 0,258 0,205
Cumeno hidroperóxido 3,030 0,020 0,010 3,030 0,020 0,034 --- --- --- 3,025 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,983 0,249 0,4249 40,357 1,261 0,765 22,174 0,693 0,550
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 17,164 0,143 0,087 17,164 0,143 0,114
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 19,887 0,146 0,089 19,887 0,146 0,116
TOTAL 101,373 1,947 1,000 49,134 0,587 1 89,289 1,649 1,000 93,193 1,260 1,000
2,734 = 2,909
47
Tabla 34. Resultados del balance de materia del diseño experimental 2 con cloruro de trifenilsulfonio como catalizador, (réplica 1).
Sustancia Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi Masa (g) n (mol) xi
Cumeno 50,004 0,417 0,158 32,854 0,274 0,508 17,15 0,143 0,060 33,575 0,280 0,177
Cumeno hidroperóxido 3,008 0,002 0,001 3,008 0,020 0,037 0 0,000 0 0,299 0,002 0,001
Oxígeno 70,898 2,216 0,841 7,836 0,245 0,455 63,062 1,971 0,834 33,490 1,047 0,664
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 20,835 0,174 0,073 20,835 0,174 0,110
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 10,227 0,075 0,032 10,227 0,075 0,048
TOTAL 123,910 2,634 1,000 43,698 0,538 1 111,274 2,362 1,000 98,427 1,577 1,000
3,773 = 3,940
48
5.4. Resultados de rendimiento de obtención de acetofenona y alcohol cumílico.
5.4.1. Resultados de rendimiento de obtención de acetofenona y alcohol
cumílico diseño experimental 1.
En la Tabla 35, se muestra el resumen de los resultados para la obtención de acetofenona
y alcohol cumílico, a partir de la descomposición catalítica del cumeno, para el diseño
experimental 1, réplicas 1 y 2; valores que se determinaron por cromatografía de gases
con espectrómetro de masas.
49
Tabla 35. Resultados obtención de porcentaje de rendimiento de acetofenona y alcohol. Diseño experimental, (réplica 1 y 2).
N° de
prueba
Tipo de
catalizador
Temperatura
(° C)
Tiempo
(h)
Masa del
catalizador
(g)
Rendimiento
%AF
Réplica 1
Rendimiento
% AC
Réplica 1
Rendimiento
%AF
Réplica 2
Rendimiento
% AC
Réplica 2
1 Z1 90 6 0,3 23,8 52,622 22,453 51,782
2 Z1 90 6 0,4 23,574 52,123 23,145 52,272
3 Z1 90 12 0,3 21,725 58,513 21,657 59,625
4 Z1 90 12 0,4 21,476 63,479 20,919 62,771
5 Z1 120 6 0,3 22,962 52,26 22,941 52,425
6 Z1 120 6 0,4 24,504 49,946 22,387 47,666
7 Z1 120 12 0,3 24,197 54,041 25,9 55,375
8 Z1 120 12 0,4 23,307 56,063 22,435 55,606
9 Z2 90 6 0,3 22,519 56,491 22,109 56,322
10 Z2 90 6 0,4 22,083 55,937 22,009 55,086
11 Z2 90 12 0,3 30,187 44,108 30,765 44,938
12 Z2 90 12 0,4 30,96 44,918 31,098 44,989
13 Z2 120 6 0,3 18,976 29,521 18,087 28,869
14 Z2 120 6 0,4 19,57 30,13 20,863 30,759
15 Z2 120 12 0,3 22,917 29,757 21,345 30,458
16 Z2 120 12 0,4 23,875 30,547 22,439 31,075
50
5.4.2. Resultados de obtención de porcentaje de rendimiento de acetofenona y
alcohol cumílico, diseño experimental 2.
En las Tablas 36 y 37, se muestran los resultados para la obtención de acetofenona y
alcohol cumílico del segundo diseño experimental, a partir de la descomposición
catalítica del cumeno, valores que se determinaron por cromatografía de gases con
espectrómetro de masas.
Tabla 36. Resultados del diseño experimental 2 utilizando estearato de hierro
II como catalizador. (Réplicas 1 y 2).
Estearato de hierro
Tiempo Temperatura Rendimiento
% AC
Réplica 1
Rendimiento
% AC
Réplica 2
6 90 40,642 41,857
6 105 49,715 48,754
9 90 46,515 45,087
9 105 51,661 51,239
Tabla 37. Resultado del diseño experimental 2 utilizando cloruro de trifenil
sulfonio como catalizador. (Réplicas 1 y 2).
Cloruro de trifenil sulfonio
Tiempo Temperatura Rendimiento
% AF
Réplica 1
Rendimiento
% AF
Réplica 2
9 90 43,216 43,098
15 100 43,459 42,985
9 90 44,087 44,235
15 100 44,723 45,120
5.5. Resultados del Análisis de Varianzas (ANOVA).
El ANOVA es la técnica central del estudio de los datos experimentales, que se basa en
la descomposición de la variación de los datos totales, con respecto a la media global
(SCT).
51
5.5.1. Análisis para optimización de acetofenona.
Tabla 38. Análisis de Varianza para Rendimiento % AF.
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón
-F
Valor-P
A:Tipo de
catalizador
4,82051 1 4,82051 2,26 0,1478
B:Temperatura 35,6463 1 35,6463 16,70 0,0005
C:Tiempo 58,374 1 58,374 27,35 0,0000
D:Masa del
catalizador
0,138338 1 0,138338 0,06 0,8015
AB 89,5858 1 89,5858 41,97 0,0000
AC 82,9472 1 82,9472 38,86 0,0000
AD 3,05045 1 3,05045 1,43 0,2453
BC 3,76065 1 3,76065 1,76 0,1987
BD 0,125751 1 0,125751 0,06 0,8106
CD 1,30896 1 1,30896 0,61 0,4423
Error total 44,828 21 2,13466
Total (corr.) 324,586 31
La tabla, indica la descomposición de la variabilidad de la obtención de acetofenona a
partir de los factores estudiados en el primer diseño: temperatura, tiempo, masa de
catalizador y tipo de catalizador. Los valores-P prueban la significancia estadística de
cada uno de los factores.
El factor B, que corresponde a la temperatura, y el factor C, que corresponde al tiempo
de reacción, tienen un valor-p menor a 0,05, por lo tanto, se aceptan la hipótesis
alternativas y se rechazan las hipótesis nulas, por lo que se puede establecer que la
temperatura y el tiempo de reacción son significativamente influyentes en la variable de
rendimiento de acetofenona, con un nivel de significancia de 95%.
En el caso de la interacción de los factores AB y AC, tienen valores-P menores a 0,05,
por lo que se acepta la hipótesis alternativa y se rechaza la hipótesis nula, lo que significa
que el efecto de las interacciones sobre el rendimiento no es estadísticamente
significativo.
El factor A, que corresponde al tipo de catalizador, el factor D, que corresponde a la masa
de catalizador, y las interacciones AD, BC, BD, CD; tienen valores P > 0,05, por lo tanto
no son influyentes en la variable de respuesta y se aceptan la hipótesis nulas.
52
Figura 17. Gráfica de efectos principales para rendimiento de acetofenona.
En la gráfica, indica cada uno de los factores que intervienen en el proceso de obtención
de acetofenona, que demuestra que los dos factores temperatura, y tiempo influyen en la
variable respuesta.
Figura 18. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de acetofenona.
Mediante el diagrama de Pareto permite analizar el efecto positivo y negativo que tienen
los factores e interacciones en el valor de la variable de respuesta.
53
5.5.2. Análisis para optimización de alcohol cumílico.
Tabla 39. Análisis de Varianza para rendimiento % AC Alcohol Cumílico.
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón
-F
Valor-P
A:Tipo de
catalizador
1691,64 1 1691,64 230,62 0,0000
B:Temperatura 1145,74 1 1145,74 156,20 0,0000
C:Tiempo 4,53908 1 4,53908 0,62 0,4403
D:Masa del
catalizador
1,22461 1 1,22461 0,17 0,6870
AB 543,412 1 543,412 74,08 0,0000
AC 292,227 1 292,227 39,84 0,0000
AD 0,00292612 1 0,00292612 0,00 0,9843
BC 29,3378 1 29,3378 4,00 0,0586
BD 2,04424 1 2,04424 0,28 0,6031
CD 11,2884 1 11,2884 1,54 0,2285
Error total 154,038 21 7,33513
Total (corr.) 3875,5 31
En la tabla, indica la descomposición de la variabilidad de la obtención de alcohol
cumílico a partir de los factores estudiados en el primer diseño: temperatura, tiempo, masa
de catalizador y tipo de catalizador. Los valores-P prueban la significancia estadística de
cada uno de los factores.
El factor A, que corresponde a tipo de catalizador, y el factor B, que corresponde a la
temperatura, tienen un valor-p menor a 0,05, por lo tanto, se aceptan la hipótesis
alternativas y se rechazan las hipótesis nulas, por lo que se puede establecer que el tipo
de catalizador y la temperatura son significativamente influyentes en la variable de
rendimiento de acetofenona, con un nivel de significancia de 95%.
En el caso de la interacción de los factores AB y AC, tienen valores-P menores a 0,05,
por lo que se acepta la hipótesis alternativa y se rechaza la hipótesis nula, lo que significa
que el efecto de las interacciones sobre el rendimiento no es estadísticamente
significativo.
El factor C, que corresponde al tiempo, el factor D, que corresponde a la masa de
catalizador, y las interacciones AD, BC, BD, CD; tienen valores P > 0,05, por lo tanto no
son influyentes en la variable de respuesta y se acepta la hipótesis nula.
54
Figura 19. Gráfico de efectos principales para rendimiento de alcohol cumílico.
En el gráfico, indica cada uno de los factores que intervienen en el proceso de obtención
de alcohol cumílico, que demuestra que los dos factores tipo de catalizador y temperatura
influyen en la variable respuesta.
La figura del diagrama de Pareto permite analizar el efecto positivo y negativo que tienen
los factores e interacciones en el valor de la variable de respuesta.
Figura 20. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de alcohol cumílico.
55
5.6. Condiciones óptimas diseño experimental 1.
5.6.1. Condiciones óptimas para la acetofenona.
Se realiza la optimización del proceso a partir del diseño para múltiples respuestas por
medio del software STATGRAPHICS CENTURION XVI, y en la Tabla 40 indica las
mejores condiciones para la obtención de acetofenona.
Valor óptimo = 29,8793
Tabla 40. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de acetofenona.
Factor Bajo Alto Óptimo
Tipo de catalizador 1,0 2,0 2,0
K
Temperatura
90,0 120,0 90,0
Tiempo 6,0 12,0 12,0
Masa del catalizador 0,3 0,4 0,4
La Figura 21 se presenta la superficie de respuesta de valores óptimos, que logra un mayor
rendimiento de acetofenona.
5.6.2. Condiciones óptimas para alcohol cumílico.
La Tabla 41 muestra las mejores condiciones para la obtención de alcohol cumílico que
se realiza con la optimización del proceso a partir del diseño para múltiples respuestas
por medio del software STATGRAPHICS CENTURION XVI.
Valor óptimo = 60,1413
Figura 21. Superficie de respuesta para condiciones óptimas de acetofenona.
56
Tabla 41. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de alcohol
cumílico.
Factor Bajo Alto Óptimo
Tipo de catalizador 1,0 2,0 1,0
Temperatura 90,0 120,0 90,0
Tiempo 6,0 12,0 12,0
Masa del catalizador 0,3 0,4 0,4
Figura 22. Superficie de respuestas para condiciones óptimas de alcohol cumílico.
En la Figura 22, muestra la superficie de respuesta de valores óptimos que permite lograr
un mayor rendimiento de alcohol cumílico.
5.7. Resultados de análisis estadístico, diseño experimental 2.
Con los resultados de superficie de respuesta se obtuvieron las variables para el análisis
del diseño experimental 2, en el cual se utiliza ANOVA.
5.7.1. Análisis estadístico para la acetofenona, diseño experimental 2.
Tabla 42. Análisis de Varianza para Rendimiento % AF acetofenona.
Fuente Suma de
Cuadrados
Gl Cuadrado
Medio
Razón
-F
Valor-P
A:Tiempo 3,65446 1 3,65446 69,92 0,0011
B:Temperatura 0,340725 1 0,340725 6,52 0,0631
AB 0,24186 1 0,24186 4,63 0,0978
Error total 0,209056 4 0,0522641
Total (corr.) 4,4461 7
57
En la tabla, indica la descomposición de la variabilidad de la obtención de acetofenona a
partir de los factores estudiados en el segundo diseño experimental: temperatura, tiempo.
Los valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores.
El factor A, que corresponde al tiempo de reacción, tiene un valor-p menor a 0,05, por lo
tanto, se acepta la hipótesis alternativa y se rechaza la hipótesis nula, por lo que se puede
establecer que el tiempo de reacción es significativamente influyente en la variable de
rendimiento de acetofenona, con un nivel de significancia de 95%.
El factor B, que corresponde a la temperatura, y la interacción AB; tienen valores-P >
0,05, por lo tanto no son influyentes en la variable de respuesta y se acepta la hipótesis
nula.
Figura 23. Gráfica efectos principales para rendimiento de acetofenona.
En el gráfico, indica los factores que intervienen en el proceso de obtención de
acetofenona, y demuestra que los dos factores temperatura, y tiempo influyen en la
variable respuesta.
58
Figura 24. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de acetofenona.
El diagrama de Pareto permite analizar el efecto positivo y negativo que tienen los
factores e interacciones en el valor de la variable de respuesta.
5.7.2. Análisis para optimización de alcohol cumílico, diseño experimental 2.
Tabla 43. Análisis de Varianza para Rendimiento % AC Alcohol cumílico.
Fuente Suma de
Cuadrados
G
l
Cuadrado
Medio
Razón
-F
Valor-P
A:Tiempo 22,8961 1 22,8961 39,67 0,0032
B:Temperatura 92,943 1 92,943 161,04 0,0002
AB 2,72845 1 2,72845 4,73 0,0953
Error total 2,30851 4 0,577127
Total (corr.) 120,876 7
En la tabla, indica la descomposición de la variabilidad de la obtención de alcohol
cumílico a partir de los factores estudiados en el segundo diseño: temperatura, tiempo.
Los valores-P prueban la significancia estadística de cada uno de los factores.
El factor A, que corresponde a tiempo, y el factor B, que corresponde a la temperatura,
tienen un valor-p menor a 0,05, por lo tanto, se aceptan las hipótesis alternativas y se
rechazan las hipótesis nulas, por lo que se puede establecer que el tipo de catalizador y la
temperatura son significativamente influyentes en la variable de rendimiento de
acetofenona, con un nivel de significancia de 95%.
La interacción AB, tiene valor de P > 0,05, por lo tanto no es influyente en la variable de
respuesta y se acepta la hipótesis nula.
59
Figura 25. Gráfico de efectos principales para rendimiento de alcohol cumílico.
En el gráfico, indica cada uno de los factores que intervienen en el proceso de obtención
de alcohol cumílico, que demuestra que los dos factores tiempo y temperatura influyen
en la variable respuesta
El diagrama de Pareto permite analizar el efecto positivo y negativo que tienen los
factores e interacciones en el valor de la variable de respuesta.
Figura 26. Diagrama de Pareto estandarizado para rendimiento de alcohol
cumílico.
60
5.8. Condiciones óptimas diseño experimental 2.
5.8.1. Condiciones óptimas para la acetofenona.
Se realiza la optimización del proceso a partir del diseño para múltiples respuestas por
medio del software STATGRAPHICS CENTURION XVI, y en la Tabla 44 nos indica
las mejores condiciones para la obtención de acetofenona.
Valor óptimo = 44,9215
Tabla 44. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de acetofenona.
Factor Bajo Alto Óptimo
Tiempo 9,0 15,0 15,0
Temperatura 90,0 100,0 100,0
El valor óptimo en el diseño experimental 2 es de 44,9215, que se obtuvo con el
catalizador 2, cloruro de trifenil sulfonio.
Figura 27. Superficie de respuesta para condiciones óptimas de acetofenona.
La Figura muestra la superficie de respuesta de valores óptimos que permite lograr un
mayor rendimiento de acetofenona.
5.8.2.Condiciones óptimas para el alcohol cumílico.
Se realiza la optimización del proceso a partir del diseño para múltiples respuestas por
medio del software STATGRAPHICS CENTURION XVI, y en la Tabla 45 nos indica
las mejores condiciones para la obtención de alcohol cumílico.
Valor óptimo = 51,45
61
Tabla 45. Condiciones óptimas para mejorar el rendimiento de alcohol
cumílico.
Factor Bajo Alto Óptimo
Tiempo 6,0 9,0 9,0
Temperatura 90,0 105,0 105,0
El valor óptimo en el diseño experimental 2 es de 51,45, que se obtuvo con el catalizador
1, estearato de hierro II.
Figura 28. Superficie de respuesta para condiciones óptimas de alcohol cumílico.
La Figura representa la superficie de respuesta de valores óptimos que permite lograr un
mayor rendimiento de alcohol cumílico.
62
6. DISCUSIÓN
6.1. Pureza de cumeno.
De acuerdo con las pruebas de índice de refracción y punto de ebullición, el cumeno que
se utilizó en la experimentación no tuvo una pureza del 100 %; ya que al realizar la
comparación de los datos obtenidos en el laboratorio (Ver Anexo D) con datos teóricos
de las propiedades fisicoquímicas de este compuesto, existe diferencia en los valores y
apariencia. Normalmente presenta una coloración transparente, con un índice de
refracción de 1,4915 y un punto de ebullición de 152,39° C, a diferencia de los valores
experimentales obtenidos, que fueron de 1,4018 para el punto de refracción y de 148,5°
C para el punto de ebullición, confirmando la existencia de impurezas. Uno de los factores
que pudo influir es el almacenamiento de la materia prima en la empresa Lipesa, pues la
mantuvo durante varios meses en tanques de hierro, tomando la coloración característica
de sus óxidos (amarillenta).
Debido a esto, se realizó una destilación al vacío que permitió elevar la pureza del
cumeno, lo que se verificó mediante medición del índice de refracción (1,4901) y del
punto de ebullición (152° C), y con estos resultados se inició la experimentación.
6.2. Pruebas de iodometría.
Con el objeto de verificar la oxidación de cumeno, se realizó pruebas de iodometría, con
las cuales se analizó el cambio de concentración de cumeno hidroperóxido a través del
tiempo. La reacción de descomposición se dio en un tiempo de 3 – 4 horas
aproximadamente, con un rendimiento de 2 %, contrario a lo que indica la patente de
referencia HRONEC et al: CUMENE-HYDROPEROXIDE DECOMPOSITION, que
señala un tiempo de descomposición de 5-6 horas, luego del cual se alcanza un
rendimiento del 6 %.
Se puede atribuir la aceleración de descomposición del cumeno hidroperóxido, a la acción
de los óxidos de hierro producidos por la corrosión del tanque. Estos óxidos afectaron el
rendimiento de acetofenona y alcohol cumílico ya que actúan como catalizadores en
63
diferentes procesos químicos, en especial en la descomposición de peróxidos. Debido a
este particular, para mejorar el rendimiento y la obtención de los productos deseados, se
incrementó la temperatura y tiempo, con lo cual el porcentaje de cumeno hidroperóxido
llegó al 5 % y se pudo continuar con la experimentación.
La Figura 16 contiene información del porcentaje de cumeno hidroperóxido como
función del tiempo. En la curva se observa valores negativos de rendimiento al minuto
302, en el que los valores de la titulación empiezan a disminuir, ya que el consumo del
agente de titulación V, es menor que el consumo del agente de titulación del experimento
ciego Vo, de acuerdo con la Ecuación 2, verificando así la descomposición de cumeno
hidroperóxido y la formación de los productos deseados.
6.3. Tiempo y temperatura de reacción.
En las pruebas piloto (Ver Anexo C), se utilizó un tiempo de 8 horas y temperatura de
98° C establecidos en las patentes de HRONEC, y OHKUBON, K; condiciones para las
cuales, a través del análisis cromatográfico, se obtuvo rendimientos bajos de alrededor
del 12,504 % para acetofenona y 19,483 % para alcohol cumílico. Por ello, se fijó niveles
de estudio del factor tiempo a 6 y 12 horas y temperatura de 90° C y 120° C, para el
primer diseño experimental, lo cual permitió elevar el rendimiento de acetofenona a un
20 % y de alcohol cumílico a 48 % aproximadamente.
Es importante mencionar que luego de 8 horas de reacción a 98° C, la mezcla resultante
(acetofenona, alcohol cumílico y cumeno que no reaccionó) presentó una coloración
marrón clara. Mientras que a una temperatura de 120° C y tiempo de 12 horas, el color
de la mezcla se intensificó a marrón oscuro, indicando así que existió una mayor
oxidación.
Además, se puede añadir como factores influyentes en los resultados obtenidos, a la
pureza del cumeno, la temperatura ambiente, humedad relativa, la presión y ubicación
geográfica, debido a que las experimentaciones en las patentes referidas se realizaron en
Asia y Europa bajo condiciones de trabajo controladas, mientras que las condiciones
efectuadas en esta investigación están en condiciones reales de producción.
64
6.4. Dicumil peróxido.
El dicumil peróxido es uno de los productos que se obtienen de la descomposición
catalítica de cumeno, como lo hacen referencia las patentes mencionadas en los literales
anteriores. A pesar de que este compuesto no se encuentra dentro de los objetivos del
proyecto, es pertinente mencionar que en los análisis cromatográficos con el
espectrómetro de masa, este compuesto no se identificó en ninguna de las pruebas
realizadas en laboratorio. Una posible causa es la inestabilidad de los peróxidos, ya que
pueden descomponerse muy rápida o explosivamente si están expuestos a calor, fricción
o shock mecánico (Recurso Nacional Canadiense de Seguridad y Salud Ocupacional,
2008), durante el análisis en el equipo de cromatografía de gases con espectrometría de
masas. Existen también otros factores como la materia prima utilizada (cumeno) como
lo indica el literal 6.1., y las condiciones de trabajo como presión atmosférica (0,7182
atm), temperatura ambiente (20° C), y humedad relativa (49 %) aproximadamente, cuyos
efectos fueron explicados en el punto anterior.
6.5. Análisis cromatográfico.
Los resultados de los análisis mediante la cromatografía de gases con espectrometría de
masas, revelaron la presencia de isómeros estructurales (isocumeno, pseudocumeno,
acetofenona, α-alcohol cumílico); la formación de estos compuestos de igual fórmula
química pero diferente estructura entre sus átomos, probablemente se debe a que los
catalizadores utilizados son activos para la formación de isómeros, el cloruro de trifenil
sulfonio de carácter ácido y el estearato de hierro II (combinación de metales de
transición).
6.6. Balance de materia.
Se realizó el balance de materia en donde se consideró todas las entradas y salidas en la
reacción, para verificar los valores de rendimiento.
El balance de materia se efectuó considerando las pérdidas, derivadas de la toma de
alícuotas realizadas cada 40 minutos. Para realizar las mediciones se consideró una
65
composición media constante de las alícuotas tanto a la entrada como a la salida, debido
a la necesidad de aproximar el sistema a un estado estacionario.
Las mayores pérdidas se presentaron en un porcentaje del 5 %, cantidad que puede
considerarse aceptable dada la naturaleza del proceso.
6.7. Separación de productos.
En la mezcla resultante del primer diseño experimental (Tabla 35, n=1), se tiene dos
productos (acetofenona y alcohol cumílico) y cumeno que no reaccionó. La revisión
bibliográfica indica que se puede separar mezclas líquidas por destilación al tener los
compuestos con puntos de ebullición distantes. Se realizó una destilación atmosférica del
cumeno, obteniendo un porcentaje de 29,32 % en un período de tiempo de alrededor de 5
horas. Debido al tiempo que tomó la destilación atmosférica, se decidió probar con
destilación al vacío, debido a su mayor eficiencia de separación y menor tiempo de
proceso. En las pruebas realizadas, el rendimiento fue de 29,34 % en 1 hora.
La destilación permite separar el cumeno que no reaccionó de la mezcla de acetofenona
y alcohol cumílico, que permanece en el balón. Esta mezcla se llevó a un cromatógrafo
de columna, en donde se obtuvo 23,16 % de acetofenona y 47,50 % de alcohol cumílico.
Cabe resaltar que, de los métodos de separación propuestos, la cromatografía de columna
es aplicable a nivel de laboratorio por su accesibilidad, y a la cantidad de la mezcla a
separar de apenas 27 g aproximadamente. Si se desease llevar el proceso a escala piloto
o industrial, un método alternativo sería la extracción líquido – líquido, dado que los
puntos de ebullición de la acetofenona y alcohol cumílico son ambos iguales a 202° C,
esté procedimiento es muy utilizado en la industria petrolera.
6.8. Análisis estadístico para el primer diseño experimental.
6.8.1. Acetofenona.
El análisis de la Figura 17 (efectos principales) y Figura 18 (diagrama de Pareto), permite
observar que los factores temperatura y tiempo influyen en la variable respuesta. En el
diagrama de Pareto se observa que el factor tiempo y la interacción AC (tipo de
66
catalizador - tiempo) son influyentes en la variable de respuesta, es decir que a medida
que incrementan, tienen efecto positivo en el rendimiento de acetofenona, mientras que
la temperatura y la interacción AB (tipo de catalizador y temperatura), tienen efecto
negativo, pues su disminución produce incremento en el rendimiento.
De acuerdo con los resultados del ANOVA (Tabla 40), se considera significativos a los
factores de tiempo y temperatura y las interacciones AC y AB, pues sus valores-p son
menores que el nivel de significancia elegido (α = 0,05).
En la Figura 21 se identificó la superficie de respuesta de los valores óptimos, en el que
el rendimiento de acetofenona se encuentra en un rango de 23 % a 29 %. Del análisis de
la superficie de respuesta, se observa que el catalizador que maximizó el rendimiento de
acetofenona es cloruro de trifenil sulfonio (29,872 % del producto, con una temperatura
de 90° C, tiempo de 12 horas y masa de catalizador 0,4 g). Es posible que el catalizador
haya mostrado mayor afinidad con la acetofenona que con el alcohol cumílico, de acuerdo
con la patente de OHKUBON, K; pues existe una disminución en la absorción de oxígeno
permitiendo la formación de acetofenona. La acetofenona tiene un olor característico a
madera lo que se verificó en cada una de las experimentaciones.
6.8.2. Alcohol cumílico.
La Figura 19 (efectos principales) y la Figura 20 (diagrama de Pareto), permiten observar
que los factores tipo de catalizador y temperatura influyen en la variable respuesta. En el
diagrama de Pareto se observa que los factores tipo de catalizador, temperatura y las
interacciones AB (tipo de catalizador - temperatura) y AC (tipo de catalizador - tiempo)
tienen efecto negativo, pues su disminución produce incremento en el rendimiento de
alcohol cumílico.
De acuerdo con los resultados del ANOVA para este experimento (Tabla 41), se considera
significativos a los factores de tipo de catalizador, temperatura, y las interacciones AB y
AC, pues sus valores-p son menores que el nivel de significancia elegido (α = 0,05).
Del análisis de la superficie de respuesta, el mejor rendimiento de alcohol cumílico se
obtuvo con el estearato de hierro II como catalizador (60,141 %, con una temperatura de
90 °C, tiempo de 12 h, y masa de catalizador de 0,4 g). El alcohol cumílico es el
compuesto con mayor porcentaje de producción en la reacción, esto puede ser debido a
67
que “el centro activo del catalizador está formado por un metal, y la función de los centros
catalíticos es reunir y acomodar los reactantes de manera que disminuya la barrera
energética que deben superar las moléculas y se transformen en productos.” (Romero, A)
6.9. Segundo diseño experimental.
Las gráficas de efectos principales para rendimiento, diagramas de Pareto y ANOVA que
se analizaron en el primer diseño experimental, indicaron que los factores de tiempo y
temperatura son influyentes en la variable de rendimiento, mientras que la masa del
catalizador es un factor que no influyó en la obtención de acetofenona y alcohol cumílico.
Por este motivo, para el segundo diseño experimental se decidió trabajar con dos niveles
para los factores tiempo y temperatura, a una masa de catalizador constante de 0,4 g.
6.10. Análisis estadístico para el segundo diseño experimental.
6.10.1. Acetofenona.
En la Figura 23 de efectos principales para rendimiento de acetofenona y en la Figura 24
del diagrama de Pareto, se observa que el tiempo tiene efecto negativo y es influyente en
la variable de respuesta.
En la Tabla 44 de ANOVA, se considera significativo al factor tiempo, pues sus valor-p
es menor que el nivel de significancia elegido (α = 0,05).
En el análisis de superficie de respuesta, el rendimiento óptimo para la acetofenona
(44,922 %, 100° C de temperatura, y 15 h de reacción). En este segundo diseño
experimental se maximiza el rendimiento de acetofenona que al comparar con el primer
diseño experimental incrementa 15,05 % indicando así que las condiciones escogidas
permitieron mayor rendimiento del compuesto.
6.10.2. Alcohol cumílico.
En el análisis de la Figura 25, de efectos principales para rendimiento de alcohol cumílico
y diagrama de Pareto Figura 26, se observa que el tiempo y temperatura tienen efecto
68
negativo en la reacción y son influyentes en la variable de respuesta, es decir a medida
que disminuyan estos factores aumenta el rendimiento en la reacción.
En la Tabla 45 de ANOVA, se consideran significativos a los factores de tiempo y
temperatura, pues sus valores-p son menores que el nivel de significancia elegido (α =
0,05).
Con el análisis de superficie de respuesta, se obtuvo el rendimiento óptimo de alcohol
cumílico de 51,45 % (temperatura de 105° C, y tiempo de 9 h). Al comparar los
rendimientos de este diseño experimental con el primer diseño, existe una disminución
en el rendimiento de alcohol cumílico de 8,691 %, esto puede ser al incremento del
rendimiento de acetofenona con las condiciones propuestas. A pesar de esto el alcohol
cumílico es el compuesto con mayor rendimiento en la reacción.
6.11. Comparación de los valores obtenidos con los valores de las patentes.
Al comparar los resultados de la patente de OHKUBON, K (acetofenona 56 %, alcohol
cumílico 28,5 % y 0 % de dicumil peróxido a la temperatura de 100° C), con los resultados
de la experimentación (44,922 % de acetofenona, 31, 213 % de alcohol cumílico, 0 % de
dicumil peróxido), se puede observar mejores rendimientos en alcohol cumílico para este
trabajo. La razón principal podría encontrarse en que el catalizador cloruro de trifenil
sulfonio incrementa el rendimiento de alcohol cumílico. En la patente se indica también
la ausencia de dicumil peróxido a 100° C, resultado similar al obtenido en la
experimentación, de acuerdo con lo justificado en los literales 6.3 y 6.4.
En la patente HRONEC, H, con el catalizador estearato de hierro, se obtuvo valores de
rendimiento de alcohol cumílico de 19,8 %, acetofenona 11,1 % y dicumil peróxido 24,6
%, mientras que en la experimentación el rendimiento de alcohol cumílico fue de 51,45
%, acetofenona de 24,065 % y 0 % de dicumil peróxido. En este caso, el objetivo principal
de la patente fue la obtención de dicumil peróxido, mientras que con las condiciones de
trabajo aplicadas se obtuvo un porcentaje considerable de alcohol cumílico. De acuerdo
con lo señalado en 6.4, no se obtuvo dicumil peróxido en las experimentaciones; a pesar
de lo cual se cumplió con el objetivo en la maximización de rendimiento de alcohol
cumílico.
69
7. CONCLUSIONES
Para verificar la pureza del cumeno se realizaron pruebas de índice de refracción y
punto de ebullición, cuyos resultados indicaron la presencia de impurezas en el
compuesto y para su purificación se destiló al vacío, lo que permitió mejorar las
propiedades y el aspecto del producto.
De acuerdo con el apartado 6.2., para mejorar el rendimiento en la obtención de los
productos deseados (acetofenona y alcohol cumílico), se incrementó la temperatura
(90 y 120° C), tiempo (6 y 12 h) a dos niveles, en relación con las señaladas en las
patentes de referencia 80° C y 8 h respectivamente, con lo cual el porcentaje de
cumeno hidroperóxido llegó al 5 % y se pudo continuar con la experimentación.
Trabajando a las condiciones de las patentes HRONEC, y OHKUBON, K (tiempo de
8 horas, y temperatura de 98° C), los rendimientos de acetofenona y alcohol cumílico
fueron de 12% y 19% respectivamente, por lo que se fijó niveles de estudio del factor
tiempo a 6 y 12 horas y temperatura de 90° C y 120° C, para el primer diseño
experimental, lo cual permitió elevar el rendimiento de acetofenona a un 20 % y de
alcohol cumílico a 48 %.
Las pruebas de cromatografía de gases con espectrometría de masas no identificaron
dicumil peróxido, ya que los peróxidos pueden descomponerse muy rápida o
explosivamente si están expuestos sólo a calor, fricción, shock mecánico, por tal razón
es posible que se haya descompuesto al realizar las pruebas.
Los balances de materia realizados demuestran que en ninguno de los casos, las
pérdidas cuantificables fueron superiores al 5% de las moles del sistema. Estas pueden
atribuirse en su totalidad a las alícuotas que se tomaron cada cuarenta minutos para
realizar mediciones de iodometría.
70
El método de separación propuesto para el laboratorio consistió de una destilación al
vacío, en la que el tiempo fue reducido a 1 h (en comparación con las 5 horas que
tomó la destilación atmosférica) y el rendimiento de cumeno fue de 29,34 %. Seguido
de la destilación al vació se llevó a la mezcla de acetofenona y alcohol cumílico a una
separación por cromatografía en columna empleando silicagel de columna como fase
estacionaria y como fase móvil 2-propanol y acetona, en el que se obtuvo 23,16 %
de acetofenona y 47,50 % de alcohol cumílico.
En los resultados de superficie de respuesta para el primer diseño experimental, el
catalizador cloruro de trifenilsulfonio maximizó el rendimiento de acetofenona, con
el cual se obtuvo 29,87 % del producto, con una temperatura de 90° C, tiempo de 12
horas y masa de catalizador 0,4 g.
Con el análisis de resultados de superficie de respuesta del primer diseño
experimental, el rendimiento óptimo de alcohol cumílico fue de 60,14 %, con el
estearato de hierro II como catalizador, bajo condiciones de operación de 90 °C de
temperatura, tiempo de 12 h, y masa de catalizador de 0,4 g.
Para el segundo diseño experimental, el análisis de superficie de respuesta generó un
rendimiento óptimo para la acetofenona de 44,92 %, bajo condiciones de operación
de 100° C de temperatura, y 15 horas.
Con el análisis de superficie de respuesta del segundo diseño experimental, se obtuvo
el rendimiento óptimo de alcohol cumílico de 51,45 %, a una temperatura de 105° C,
y tiempo de 9 horas.
Al comparar los resultados de la patente de OHKUBON, K (acetofenona 56 %,
alcohol cumílico 28,5 % y 0 % de dicumil peróxido a la temperatura de 100° C), con
los resultados de la experimentación (44,922 % de acetofenona, 31,213 % de alcohol
cumílico, 0 % de dicumil peróxido), se puede observar mejores rendimientos en
alcohol cumílico para este trabajo.
71
En la patente HRONEC, H, se obtuvo valores de rendimiento de alcohol cumílico de
19,8 %, acetofenona 11,1 % y dicumil peróxido 24,6 %, mientras que en la
experimentación el rendimiento de alcohol cumílico fue de 51,45 %, acetofenona de
24,065 % y 0 % de dicumil peróxido. Sin embargo, el objetivo principal de la patente
fue la obtención de dicumil peróxido, mientras que con las condiciones de trabajo
aplicadas se obtuvo un porcentaje considerable de alcohol cumílico.
72
8. RECOMENDACIONES
Antes de iniciar con la obtención de acetofenona y alcohol cumílico, es necesario
verificar la pureza de la materia prima (cumeno), para que no interfiera en la reacción
y en los rendimientos de los productos deseados.
En estudios posteriores para la obtención de acetofenona y alcohol cumílico, sería
necesario analizar la influencia de otras variables como: agitación, distribución y
consumo de oxígeno; así como la cinética de la reacción que pueden ser determinantes
en el proceso de producción.
Se sugiere realizar ensayos a escala piloto de forma individual para cada producto de
interés con su respectivo catalizador. El equipamiento básico pudiese constar de un
tanque con agitación continua en un sistema similar al Reactor de tanque agitado
continuo (CSTR, Continous Stirred Tank Reactor), el que presenta varias ventajas al
ser un reactor isotérmico, y facilita el control automático de la producción debido a
que la mezcla reactiva está agitada de manera uniforme, lo que hace que la presión,
composición y temperatura sean las mismas en cualquier parte del reactor
Como método de separación de acetofenona y alcohol cumílico a nivel industrial se
puede realizar una extracción líquido-líquido, para lo cual existe disponibilidad de
diferentes equipos de extracción, como mezcladores o sedimentadores, columnas de
relleno, columna de platos, y extractores centrífugos. En todos estos es necesario un
solvente o agente externo para el proceso de separación. Se recomienda como
solventes para la acetofenona: 1-propanol, nitrobenceno, acetato de metilo y 2-
propanol, y para el alcohol cumílico: acetona, dimetil acetamida, 2-metoxietanol,
etilenglicol; de los cuales se debe elegir la sustancia específica de acuerdo con el
índice de polaridad de cada uno, para la acetofenona 4,4 y para el alcohol cumílico
5,5.
73
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79
ANEXOS
80
ANEXO A. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones de productos químicos.
Tabla A1. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones del Cumeno hidroperóxido. (Ministerio de Industrias y Productividad del
Ecuador)
2012 2013 2014 2015
Etiquetas de fila Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif
2909609000 72.009,67 319.475,81 95.559,82 468.023,02 129.041,00 703.706,21 110.460,20 519.404,29
ALEMANIA 57.600,00 220.271,58 53.280,00 205.171,95 96.480,00 368.403,02 43.200,00 166.605,69
BELGICA 5.000,00 29.729,87 5.000,00 22.457,18
BRASIL 202,31 1.327,67
CHINA 2.000,00 10.301,84 3.240,00 4.514,19
COLOMBIA 1.908,22 15.790,50 4.397,21 43.393,68 6.083,38 87.271,90 3.740,30 25.936,09
ESTADOS UNIDOS 12.501,45 83.413,73 13.638,21 109.136,68 20.275,31 206.578,39 32.379,90 180.690,80
MEXICO 7.000,00 47.820,50
PAISES_BAJOS 21.134,40 100.018,87 14.400,00 56.228,32
PERU 1.110,00 0,00 1.000,00 10.395,36 1.500,00 15.151,52
2016 2017
Etiquetas de fila Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif
2909609000 64.894,93 431.564,78 64.082,76 320.735,45
ALEMANIA 28.800,00 111.393,95 43.200,00 165.192,33
BELGICA
BRASIL
CHINA 2.520,00 10.362,00
COLOMBIA 17.454,00 116.185,55 5.088,00 32.374,36
ESTADOS
UNIDOS
15.910,93 145.651,28 7.284,76 62.517,93
81
Tabla A1(Continuación)
MEXICO 210 47.972,00 70 25.495,50
PAISES BAJOS 7.440,00 24.865,00
PERU 1.000,00 10.290,33
Tabla A2. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones de fenoles alcoholes y demás (alcohol cumílico).
2012 2013 2014 2015
Etiquetas de fila Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif
2907299000 118.594,26 382.443,23 105.373,66 418.555,73 132.096,50 262.780,88 18.041,03 194.630,19
ALEMANIA 2.923,57 28.711,27 7,42 632,08 82,25 899,02 179,55 2.866,41
BELGICA 3.269,00 32.912,55
BRASIL 50,00 529,56 250,00 3.181,63 100,00 1.091,36
CHINA 1.700,00 11.534,51
COLOMBIA 1.600,00 9.069,03 235,00 1.049,81 10,00 119,79
COREA
REPUBLICA DE
CHINA
2.500,00 31.537,80 3.500,00 44.059,30 1.200,00 14.720,00
DINAMARCA 25,00 227,79 25,00 241,68
ESPAÑA 2.330,00 5.139,02
ESTADOS UNIDOS 83.720,69 188.729,17 82.744,67 259.260,40 109.280,85 152.339,67 76,48 1.607,29
FRANCIA 5.000,00 58.016,12 3.240,00 32.912,55 3.000,00 33.139,66
HONG KONG 3.000,00 38.404,83 2.400,00 30.640,00
INDIA 2.000,00 25.530,60 4.095,91 38.421,10 35,12 159,37 1.200,00 14.493,18
INDONESIA 9.126,27 27.135,45
MALAYSIA 2.177,00 22.074,09 7.560,00 77.082,28
MEXICO 330,00 987,30 1.040,00 5.168,00
82
Tabla A2. (Continuación).
PAISES BAJOS
PERU 7.800,00 5.063,83 171,67 0,00 7.320,01 16.252,88 600,00 7.213,82
SINGAPUR 13.000,00 35.255,85
VENEZUELA 5.200,00 0,00
Etiquetas de fila Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif
2907299000 16.718,07 573.401,06 8.655,99 147.587,97
ALEMANIA 8.898,28 58.496,17 3.621,18 17.988,98
BELGICA
BRASIL
CHINA 512,75 7.832,58 112,00 2.408,88
COLOMBIA 3.280,00 466.031,78 1.757,00 111.942,76
COREA REPUBLICA DE
CHINA
DINAMARCA 50,00 467,17
ESPAÑA
ESTADOS UNIDOS 102,04 3.099,10 16,06 3.047,08
FRANCIA
HONG KONG
INDIA 10,00 2.575,33
INDONESIA
MALAYSIA
MEXICO 2.600,00 22.349,04 3.139,75 9.624,94
PAISES BAJOS 75,00 705,22
PERU 1.200,00 14.420,00
SINGAPUR
VENEZUELA
83
Tabla A3. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones de alcoholes bencílicos y demás (alcohol cumílico).
2012 2013 2014 2015
Etiquetas de fila Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
2906290000 2.596,50 17.961,48 854,55 6.269,29 1.667,73 11.575,42 2.548,00 18.932,21
ALEMANIA 2,00 130,80
COLOMBIA
ESPAÑA 25,00 211,68 41,08 329,79 810,00 5.219,58 862,00 5.850,12
ESTADOS UNIDOS 2.544,50 16.883,40 813,47 5.939,50 832,73 5.606,49 1.616,00 11.178,22
REINO UNIDO DE GRAN
BRETAÑA
25,00 735,60 25,00 749,35 70,00 1.903,88
2016 2017
Etiquetas de fila Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif
2906290000 1.484,83 11.071,21 1.043,26 8.725,48
ALEMANIA 0,11 153,58
COLOMBIA 2,00 277,34
ESPAÑA 299,22 2.505,42 208,17 2.899,34
ESTADOS UNIDOS 1.185,50 8.412,21 800,06 4.283,60
REINO UNIDO DE GRAN
BRETAÑA
25,00 1.265,20
84
Tabla A4. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones de cetonas aromáticas y demás (acetofenona).
2012 2013 2014 2015
Etiquetas de fila Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma
de Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
2914390000 1.200,00 10.189,39 2.197,79 16.324,66 5.636,86 74.064,55 7.246,90 78.154,98
ALEMANIA 35,00 966,96 1,07 47,52 0,25 85,20 125,75 581,49
BELGICA 800,00 6.671,67
CHINA 160,00 975,10
COLOMBIA 1.040,00 5.580,73 850,42 4.279,05 1.012,07 24.858,72 2.043,23 26.861,13
ESPAÑA 5,00 162,35 5,00 174,42 75,00 579,68 225,00 3.334,62
ESTADOS_UNIDOS 100,00 2.957,22 241,30 7.352,01 1.675,55 34.028,71 3.756,13 36.972,50
INDIA 82,79 925,29
ITALIA 54,00 2.311,07 54,00 1.833,17
REINO_UNIDO_DE_GRAN_BRETAÑA 20,00 522,13 20,00 529,99
TAIWAN_PROVINCE_DE_CHINA 1.100,00 4.471,65 2.800,00 11.671,19
2016 2017
Etiquetas de fila Suma de Peso Suma de cif Suma de Peso Suma de cif
2914390000 2.129,68 38.129,47 774,26 18.454,34
ALEMANIA 1,55 62,68
BELGICA
CHINA
COLOMBIA 1.462,95 26.690,86 683,50 15.888,34
ESPAÑA 131,95 1.710,03 80,76 2.491,74
ESTADOS_UNIDOS 449,16 7.779,17 10,00 74,25
INDIA 31,57 73,60
85
Tabla A4. (Continuación).
ITALIA 52,50 1.813,15
REINO_UNIDO_DE_GRAN_BRETAÑA
Tabla A5. Partidas y subpartidas arancelarias de importaciones del Cumeno
2012 2013 2014 2015
Etiquetas de fila Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma
de cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
Suma de
Peso
Suma de
cif
2902700000 0,20 12,49
ALEMANIA 0,20 12,49
86
ANEXO B. Pruebas de iodometría.
Tabla B2. Datos experimentales de las pruebas de iodometría.
N Hora, min Peso, g Titulación. ml % cumeno
hidroperóxido
1 0 0,212 2,4 0
2 43 0,208 2,1 -1,100
3 83 0,202 2 -1,508
4 124 0,203 1,8 -2,245
5 164 0,209 1,8 -2,188
6 206 0,211 1,8 -2,168
7 247 0,210 1,5 -3,261
8 287 0,202 1,4 -3,773
9 329 0,205 1,3 -4,075
10 370 0,203 1,1 -4,871
11 410 0,211 0,8 -5,759
12 453 0,210 0,7 -6,151
13 493 0,205 0,5 -7,070
14 535 0,209 0,4 -7,296
15 577 0,201 0,3 -7,950
16 617 0,204 0,2 -8,190
17 658 0,213 0,2 -7,849
18 700 0,202 0,2 -8,292
19 741 0,201 0,2 -8,337
Figura B1. Porcentaje de cumeno hidroperóxido en función del tiempo.
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800
% c
um
eno
hid
rop
eró
xid
o
tiempo, min
% cumeno hidroperóxido=f(tiempo)
87
ANEXO C. Pruebas piloto.
Tabla C1. Condiciones experimentales.
Tabla C2. Resultados cromatográficos de las pruebas piloto.
N° de
prueba
% de
cumeno
Réplica 1
% de
acetofenona
Réplica 1
% de
alcohol
cumílico
Réplica 1
% de
cumeno
Réplica 2
% de
acetofenona
Réplica 2
% de
alcohol
cumílico
Réplica 2
1 68,013 12,504 19,483 68,344 12,872 18,784
2 68,675 12,123 19,202 67,946 12,956 19,098
Condiciones
Tiempo, h 8
Temperatura, °C 98
88
ANEXO D. Pruebas piloto, índice de refracción.
Tabla D1. Propiedades fisicoquímicas experimentales del cumeno.
Propiedades fisicoquímicas experimentales
Índice de refracción experimental 1,4018
Punto de ebullición experimental, °C 148,5
Coloración Amarillenta
Tabla D2. Propiedades fisicoquímicas teóricas del cumeno.
Propiedades fisicoquímicas teóricas
Índice de refracción teórico 1,4915
Punto de ebullición teórico, °C 152,39
Coloración Incoloro
89
ANEXO E. Reporte fotográfico
Figura E1. Equipo usado para medir el índice de refracción.
Figura E2. Medida del punto de ebullición.
90
Figura E3. Reacción catalítica estearato de hierro II.
Figura E4. Reacción catalítica con cloruro de trifenilsulfonio.
91
Figura E5. Muestras para realizar el análisis en el cromatógrafo de gases
con espectrometría de masas.
Figura E6. Equipo manométrico para medir el oxígeno inyectado al reactor.
92
Figura E7. Equipo de destilación atmosférica.
Figura E8. Equipo de destilación al vacío.
93
Figura E9. Equipo para la separación por cromatografía en columna.
94
ANEXO F. Balance de materia.
Tabla F1. Balance de masa para el primer diseño experimental, n=2
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,058 0,417 0,214 38,297 0,319 0,549 11,7612 0,098 0,059 30,907 0,258 0,205
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,020 0,010 3,002 0,020 0,034 --- --- --- 3,010 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,759 0,242 0,4171 40,581 1,268 0,769 22,230 0,695 0,554
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,408 0,095 0,058 11,408 0,095 0,076
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,432 0,187 0,113 25,432 0,187 0,149
TOTAL
101,400 1,948 1,000 49,058 0,581 1 89,182 1,648 1,000 92,987 1,254 1,000
2,529 = 2,902
95
N=3
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,030 0,417 0,125 40,684 0,339 0,557 9,3456 0,078 0,026 29,687 0,247 0,128
Cumeno hidroperóxido 3,001 0,020 0,006 3,001 0,020 0,032 --- --- --- 3,000 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,987 0,250 0,4103 84,396 2,637 0,878 44,195 1,381 0,713
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,274 0,086 0,028 10,274 0,086 0,044
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 27,671 0,203 0,068 27,671 0,203 0,105
TOTAL
145,413 3,324 1,000 51,672 0,608 1 131,686 3,004 1,000 114,827 1,937 1,000
3,932 = 4,942
96
N=4
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,086 0,417 0,126 40,741 0,340 0,539 9,3456 0,078 0,026 29,717 0,248 0,127
Cumeno hidroperóxido 3,012 0,020 0,006 3,012 0,020 0,031 --- --- --- 3,013 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,868 8,657 0,271 0,4295 83,726 2,616 0,871 44,027 1,376 0,704
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,316 0,086 0,029 10,316 0,086 0,044
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 30,4912 0,224 0,075 30,491 0,224 0,115
TOTAL
145,481 3,324 1,000 52,409 0,630 1 133,879 3,004 1,000 117,564 1,953 1,000
3,954 = 4,958
97
N=5
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,046 0,417 0,214 37,868 0,316 0,545 12,177 0,101 0,061 31,109 0,259 0,206
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,020 0,010 3,002 0,020 0,034 --- --- --- 3,002 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,788 0,243 0,4206 40,551 1,267 0,767 22,223 0,694 0,553
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,285 0,094 0,057 11,285 0,094 0,075
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,683 0,189 0,114 25,684 0,189 0,150
TOTAL
101,388 1,947 1,000 48,659 0,579 1 89,697 1,652 1,000 93,302 1,256 1,000
2,526 = 2,908
98
N=6
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi Masa (g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,021 0,417 0,214 37,284 0,311 0,546 12,7368 0,106 0,064 31,376 0,261 0,208
Cumeno hidroperóxido 3,009 0,020 0,010 3,009 0,020 0,035 --- --- --- 3,008 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,639 0,239 0,4194 40,700 1,272 0,768 22,260 0,696 0,554
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 12,004 0,100 0,060 12,004 0,100 0,080
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 24,24608 0,178 0,108 24,246 0,178 0,142
TOTAL
101,370 1,947 1,000 47,932 0,569 1 89,687 1,656 1,000 92,894 1,255 1,000
2,516 = 2,912
99
N=7
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,054 0,417 0,125 40,708 0,339 0,564 9,346 0,078 0,026 29,699 0,247 0,128
Cumeno hidroperóxido 3,001 0,020 0,006 3,001 0,020 0,033 --- --- --- 3,002 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,763 0,243 0,4033 84,620 2,644 0,880 44,251 1,383 0,716
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,395 0,095 0,032 11,395 0,095 0,049
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,45 0,187 0,062 25,450 0,187 0,097
TOTAL
145,438 3,324 1,000 51,472 0,602 1 130,810 3,004 1,000 113,796 1,932 1,000
3,925 = 4,937
100
N=8
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,001 0,417 0,125 40,656 0,339 0,555 9,3456 0,078 0,026 29,681 0,247 0,128
Cumeno hidroperóxido 3,006 0,020 0,006 3,006 0,020 0,032 --- --- --- 3,007 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 8,057 0,252 0,4125 84,326 2,635 0,877 44,177 1,381 0,712
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,197 0,093 0,031 11,197 0,093 0,048
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 26,933 0,198 0,066 26,933 0,198 0,102
TOTAL
145,390 3,324 1,000 51,719 0,610 1 131,801 3,004 1,000 114,994 1,939 1,000
3,934 = 4,943
101
N=9
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,015 0,417 0,214 39,734 0,331 0,546 10,281 0,086 0,052 30,148 0,251 0,200
Cumeno hidroperóxido 3,005 0,020 0,010 3,005 0,020 0,033 --- --- --- 3,005 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 8,186 0,256 0,4217 40,154 1,255 0,767 22,123 0,691 0,550
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,030 0,092 0,056 11,030 0,092 0,073
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 27,669 0,203 0,124 27,669 0,203 0,162
TOTAL
101,359 1,947 1,000 50,925 0,607 1 89,133 1,636 1,000 93,975 1,258 1,000
2,554 = 2,894
102
N=10
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,018 0,417 0,216 39,247 0,327 0,531 10,771 0,090 0,056 30,393 0,253 0,206
Cumeno hidroperóxido 0,404 0,003 0,001 0,404 0,003 0,004 --- --- --- 0,404 0,003 0,002
Oxígeno 48,340 1,511 0,783 9,165 0,286 0,4649 39,175 1,224 0,762 21,879 0,684 0,555
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,821 0,090 0,056 10,821 0,090 0,073
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 27,4108 0,202 0,126 27,411 0,202 0,164
TOTAL
98,762 1,930 1,000 48,816 0,616 1 88,178 1,606 1,000 90,909 1,231 1,000
2,546 = 2,837
103
N=11
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,015 0,417 0,125 40,670 0,339 0,569 9,3456 0,078 0,026 29,681 0,247 0,128
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,020 0,006 3,002 0,020 0,033 --- --- --- 3,002 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,570 0,237 0,3974 84,813 2,650 0,882 44,299 1,384 0,718
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,471 0,121 0,040 14,471 0,121 0,063
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 21,144 0,155 0,052 21,144 0,155 0,081
TOTAL
145,400 3,324 1,000 51,242 0,595 1 129,774 3,004 1,000 112,597 1,927 1,000
3,919 = 4,932
104
N=12
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,016 0,417 0,125 40,670 0,339 0,564 9,3456 0,078 0,026 29,681 0,247 0,128
Cumeno hidroperóxido 3,005 0,020 0,006 3,005 0,020 0,033 --- --- --- 3,005 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,761 0,243 0,4034 84,622 2,644 0,880 44,251 1,383 0,716
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,845 0,124 0,041 14,845 0,124 0,064
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 21,537 0,158 0,053 21,537 0,158 0,082
TOTAL
145,403 3,324 1,000 51,435 0,601 1 130,349 3,004 1,000 113,319 1,932 1,000
3,925 = 4,936
105
N=13
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,005 0,417 0,214 24,782 0,207 0,557 25,223 0,210 0,119 37,614 0,313 0,254
Cumeno hidroperóxido 3,001 0,020 0,010 3,001 0,020 0,053 --- --- --- 3,000 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 4,617 0,144 0,3894 43,723 1,366 0,776 23,016 0,719 0,582
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 9,294 0,077 0,044 9,294 0,077 0,063
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 14,458 0,106 0,060 14,458 0,106 0,086
TOTAL
101,346 1,947 1,000 32,399 0,371 1 92,698 1,760 1,000 87,381 1,236 1,000
2,318 = 2,996
106
N=14
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,024 0,417 0,214 25,390 0,212 0,557 24,633 0,205 0,117 37,331 0,311 0,251
Cumeno hidroperóxido 3,001 0,020 0,010 3,001 0,020 0,052 --- --- --- 3,002 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 4,764 0,149 0,3915 43,576 1,362 0,776 22,979 0,718 0,580
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 9,584 0,080 0,045 9,584 0,080 0,065
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 14,756 0,108 0,062 14,756 0,108 0,088
TOTAL
101,365 1,947 1,000 33,155 0,380 1 92,549 1,755 1,000 87,651 1,237 1,000
2,327 = 2,993
107
N=15
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,008 0,417 0,125 40,662 0,339 0,662 9,346 0,078 0,026 29,675 0,247 0,133
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,020 0,006 3,002 0,020 0,039 --- --- --- 3,002 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 4,897 0,153 0,2991 87,485 2,734 0,910 44,967 1,405 0,754
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,768 0,090 0,030 10,768 0,090 0,048
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 13,982 0,103 0,034 13,982 0,103 0,055
TOTAL
145,393 3,323 1,000 48,562 0,512 1 121,581 3,004 1,000 102,394 1,865 1,000
3,835 = 4,869
108
N=16
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,019 0,417 0,125 40,674 0,339 0,654 9,3456 0,078 0,026 29,683 0,247 0,132
Cumeno hidroperóxido 3,000 0,020 0,006 3,000 0,020 0,038 --- --- --- 3,000 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 5,111 0,160 0,3081 87,272 2,727 0,908 44,914 1,404 0,751
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,228 0,094 0,031 11,228 0,094 0,050
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 14,366 0,106 0,035 14,366 0,106 0,056
TOTAL
145,402 3,324 1,000 48,785 0,518 1 122,211 3,004 1,000 103,190 1,870 1,000
3,842 = 4,874
109
Tabla F2. Balance de masa primer diseño experimental. Réplica 2.
N=1
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,099 0,418 0,214 38,556 0,321 0,546 11,543 0,096 0,058 30,821 0,257 0,204
Cumeno hidroperóxido 3,003 0,020 0,010 3,003 0,020 0,034 --- --- --- 3,004 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,904 0,247 0,4200 40,436 1,264 0,768 22,194 0,694 0,552
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,651 0,097 0,059 11,651 0,097 0,077
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,761 0,189 0,115 25,761 0,189 0,151
TOTAL
101,442 1,948 1,000 49,463 0,588 1 89,391 1,646 1,000 93,431 1,257 1,000
2,536 = 2,903
110
N=2
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,081 0,417 0,214 38,184 0,318 0,551 11,897 0,099 0,060 30,989 0,258 0,206
Cumeno hidroperóxido 3,113 0,020 0,011 3,113 0,020 0,035 --- --- --- 3,113 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,775 7,628 0,238 0,4131 40,712 1,272 0,771 22,263 0,696 0,555
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,200 0,093 0,057 11,200 0,093 0,074
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,297 0,186 0,113 25,297 0,186 0,148
TOTAL
101,534 1,948 1,000 48,925 0,577 1,000 89,106 1,651 1,000 92,862 1,254 1,000
2,525 = 2,905
111
N=3
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,015 0,417 0,125 41,266 0,344 0,561 8,749 0,073 0,024 29,382 0,245 0,127
Cumeno hidroperóxido 3,013 0,020 0,006 3,013 0,020 0,032 --- --- --- 3,013 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,988 0,250 0,4070 84,395 2,637 0,879 44,194 1,381 0,714
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,122 0,084 0,028 10,122 0,084 0,044
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 27,868 0,205 0,068 27,868 0,205 0,106
TOTAL
145,411 3,324 1,000 52,267 0,613 1 131,134 3,000 1,000 114,579 1,935 1,000
3,937 = 4,935
112
N=4
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,035 0,417 0,125 42,186 0,352 0,551 7,849 0,065 0,022 28,942 0,241 0,124
Cumeno hidroperóxido 3,015 0,020 0,006 3,015 0,020 0,031 --- --- --- 3,015 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 8,523 0,266 0,4176 83,860 2,621 0,876 44,061 1,377 0,708
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,067 0,084 0,028 10,067 0,084 0,043
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 30,209 0,222 0,074 30,209 0,222 0,114
TOTAL
145,433 3,324 1,000 53,724 0,638 1 131,985 2,992 1,000 116,294 1,944 1,000
3,961 = 4,936
113
N=5
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,003 0,417 0,214 38,141 0,318 0,552 11,862 0,099 0,060 30,932 0,258 0,206
Cumeno hidroperóxido 3,005 0,020 0,010 3,005 0,020 0,034 --- --- --- 3,005 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,620 0,238 0,4136 40,719 1,272 0,772 22,265 0,696 0,556
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,047 0,092 0,056 11,047 0,092 0,074
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 25,245 0,186 0,113 25,245 0,186 0,148
TOTAL
101,348 1,947 1,000 48,766 0,576 1 88,873 1,649 1,000 92,494 1,251 1,000
2,523 = 2,900
114
N=6
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,004 0,417 0,214 35,484 0,296 0,552 14,52 0,121 0,072 32,262 0,269 0,215
Cumeno hidroperóxido 3,094 0,020 0,010 3,094 0,020 0,038 --- --- --- 3,094 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,030 0,220 0,410 41,310 1,291 0,772 22,412 0,700 0,560
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,854 0,090 0,054 10,854 0,090 0,072
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 23,111 0,170 0,102 23,111 0,170 0,136
TOTAL
101,437 1,948 1,000 45,607 0,536 1 89,795 1,672 1,000 91,733 1,250 1,000
2,483 = 2,922
115
N=7
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,046 0,417 0,125 41,070 0,342 0,551 8,976 0,075 0,025 29,511 0,246 0,127
Cumeno hidroperóxido 3,009 0,020 0,006 3,009 0,020 0,032 --- --- --- 3,009 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 8,290 0,259 0,4171 84,093 2,628 0,876 44,119 1,379 0,710
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 12,416 0,103 0,034 12,416 0,103 0,053
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 26,545 0,195 0,065 26,545 0,195 0,100
TOTAL
145,438 3,324 1,000 52,369 0,621 1 132,030 3,001 1,000 115,600 1,943 1,000
3,945 = 4,944
116
N=8
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,002 0,417 0,125 39,460 0,329 0,553 10,542 0,088 0,029 30,272 0,252 0,130
Cumeno hidroperóxido 3,044 0,020 0,006 3,044 0,020 0,034 --- --- --- 3,044 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,872 0,246 0,4135 84,511 2,641 0,876 44,223 1,382 0,712
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,771 0,090 0,030 10,771 0,090 0,046
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 26,696 0,196 0,065 26,696 0,196 0,101
TOTAL
145,429 3,324 1,000 50,376 0,595 1 132,520 3,015 1,000 115,006 1,940 1,000
3,919 = 4,955
117
N=9
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,001 0,417 0,214 39,379 0,328 0,544 10,622 0,089 0,054 30,312 0,253 0,201
Cumeno hidroperóxido 3,004 0,020 0,010 3,004 0,020 0,033 --- --- --- 3,004 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 8,165 0,255 0,4231 40,175 1,255 0,766 22,129 0,692 0,549
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,888 0,091 0,055 10,888 0,091 0,072
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 27,736 0,204 0,124 27,736 0,204 0,162
TOTAL
101,345 1,947 1,000 50,548 0,603 1 89,421 1,639 1,000 94,068 1,259 1,000
2,550 = 2,897
118
N=10
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,016 0,417 0,214 38,769 0,323 0,545 11,247 0,094 0,057 30,631 0,255 0,203
Cumeno
hidroperóxido 3,001 0,020 0,010 3,001 0,020 0,033 --- --- --- 3,001 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,983 0,249 0,4212 40,357 1,261 0,767 22,174 0,693 0,551
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,807 0,090 0,055 10,807 0,090 0,072
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 27,049 0,199 0,121 27,049 0,199 0,158
TOTAL
101,357 1,947 1,000 49,752 0,592 1 89,460 1,644 1,000 93,663 1,257 1,000
2,539 = 2,901
119
N=11
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,060 0,417 0,125 38,400 0,320 0,551 11,66 0,097 0,032 30,860 0,257 0,132
Cumeno
hidroperóxido 3,094 0,020 0,006 3,094 0,020 0,035 --- --- --- 3,094 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,868 7,709 0,241 0,414 84,674 2,646 0,875 44,264 1,383 0,712
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,764 0,123 0,041 14,764 0,123 0,063
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 21,566 0,159 0,052 21,566 0,159 0,082
TOTAL
145,537 3,324 1,000 49,202 0,581 1 132,664 3,025 1,000 114,548 1,942 1,000
3,906 = 4,967
120
N=12
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,005 0,417 0,125 38,525 0,321 0,549 11,48 0,096 0,032 30,743 0,256 0,132
Cumeno hidroperóxido 3,019 0,020 0,006 3,019 0,020 0,034 --- --- --- 3,019 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 7,792 0,243 0,4166 84,591 2,643 0,875 44,243 1,383 0,712
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,929 0,124 0,041 14,929 0,124 0,064
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 21,598 0,159 0,053 21,598 0,159 0,082
TOTAL
145,407 3,324 1,000 49,336 0,584 1 132,598 3,022 1,000 114,532 1,942 1,000
3,908 = 4,964
121
N=13
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,008 0,417 0,214 24,051 0,200 0,559 25,957 0,216 0,122 37,982 0,317 0,256
Cumeno hidroperóxido 3,009 0,020 0,010 3,009 0,020 0,055 --- --- --- 3,009 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 4,417 0,138 0,3853 43,922 1,373 0,777 23,066 0,721 0,584
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 8,851 0,074 0,042 8,851 0,074 0,060
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 14,127 0,104 0,059 14,127 0,104 0,084
TOTAL
101,356 1,947 1,000 31,477 0,358 1 92,857 1,767 1,000 87,035 1,235 1,000
2,305 = 3,001
122
N=14
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,003 0,417 0,214 26,298 0,219 0,555 23,705 0,198 0,113 36,854 0,307 0,248
Cumeno hidroperóxido 3,032 0,020 0,010 3,032 0,020 0,050 --- --- --- 3,032 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 4,996 0,156 0,3950 43,344 1,355 0,775 22,921 0,716 0,578
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,222 0,085 0,049 10,222 0,085 0,069
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 15,072 0,111 0,063 15,072 0,111 0,089
TOTAL
101,375 1,947 1,000 34,326 0,395 1 92,343 1,748 1,000 88,101 1,239 1,000
2,342 = 2,987
123
N=15
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,001 0,417 0,125 26,902 0,224 0,565 23,099 0,192 0,062 36,550 0,305 0,158
Cumeno hidroperóxido 3,031 0,020 0,006 3,031 0,020 0,050 --- --- --- 3,031 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 4,886 0,153 0,3848 87,496 2,734 0,877 44,970 1,405 0,731
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,230 0,085 0,027 10,230 0,085 0,044
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 14,597 0,107 0,034 14,597 0,107 0,056
TOTAL
145,414 3,324 1,000 34,819 0,397 1 135,422 3,119 1,000 109,378 1,922 1,000
3,720 = 5,042
124
N=16
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,002 0,417 0,125 27,928 0,233 0,568 22,074 0,184 0,059 36,038 0,300 0,156
Cumeno hidroperóxido 3,044 0,020 0,006 3,044 0,020 0,049 --- --- --- 3,044 0,020 0,010
Oxígeno 92,383 2,887 0,869 5,032 0,157 0,3835 87,351 2,730 0,877 44,933 1,404 0,731
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 10,655 0,089 0,029 10,655 0,089 0,046
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 14,756 0,109 0,035 14,756 0,109 0,056
TOTAL
145,429 3,324 1,000 36,004 0,410 1 134,836 3,111 1,000 109,426 1,922 1,000
3,734 = 5,033
125
Tabla F3. Segundo diseño experimental con estearato de hierro II, réplica 1.
N=1
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,002 0,417 0,214 38,121 0,318 0,541 11,881 0,099 0,060 30,943 0,258 0,205
Cumeno hidroperóxido 3,030 0,020 0,010 3,030 0,020 0,034 --- --- --- 3,025 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,983 0,249 0,4249 40,357 1,261 0,765 22,174 0,693 0,550
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 17,164 0,143 0,087 17,164 0,143 0,114
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 19,887 0,146 0,089 19,887 0,146 0,116
TOTAL
101,373 1,947 1,000 49,134 0,587 1 89,289 1,649 1,000 93,193 1,260 1,000
2,534 = 2,909
126
N=2
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g) n (mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,050 0,417 0,214 37,637 0,314 0,550 12,4128 0,103 0,063 31,231 0,260 0,208
Cumeno hidroperóxido 3,021 0,020 0,010 3,021 0,020 0,035 --- --- --- 3,021 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,568 0,237 0,4149 40,772 1,274 0,770 22,278 0,696 0,556
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,922 0,099 0,060 11,922 0,099 0,079
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 24,059 0,177 0,107 24,060 0,177 0,141
TOTAL
101,411 1,948 1,000 48,226 0,570 1 89,166 1,654 1,000 92,512 1,253 1,000
2,518 = 2,906
127
N=3
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,005 0,417 0,158 39,266 0,327 0,526 10,739 0,089 0,039 30,370 0,253 0,161
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,002 0,001 3,002 0,020 0,032 --- --- --- 0,299 0,002 0,001
Oxígeno 70,898 2,216 0,841 8,792 0,275 0,4419 62,106 1,941 0,841 33,251 1,039 0,661
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,260 0,119 0,051 14,260 0,119 0,076
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 21,741 0,160 0,069 21,741 0,160 0,102
TOTAL
123,905 2,634 1,000 51,060 0,622 1 108,846 2,309 1,000 99,921 1,573 1,000
3,256 = 3,882
128
N=4
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,033 0,417 0,158 41,598 0,347 0,518 8,435 0,070 0,031 29,218 0,243 0,154
Cumeno hidroperóxido 3,010 0,002 0,001 3,010 0,020 0,030 --- --- --- 0,299 0,002 0,001
Oxígeno 70,898 2,216 0,841 9,678 0,302 0,4521 61,220 1,913 0,836 33,030 1,032 0,652
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,828 0,124 0,054 14,828 0,124 0,078
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 24,862 0,183 0,080 24,862 0,183 0,115
TOTAL
123,941 2,634 1,000 54,286 0,669 1 109,346 2,290 1,000 102,237 1,584 1,000
3,303 = 3,874
129
Tabla F4. Segundo diseño experimental estearato de hierro II, réplica 2.
N=1
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,149 0,418 0,215 38,664 0,322 0,542 11,485 0,096 0,058 30,817 0,257 0,204
Cumeno hidroperóxido 3,004 0,020 0,010 3,004 0,020 0,033 --- --- --- 3,004 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,775 8,072 0,252 0,4245 40,268 1,258 0,765 22,152 0,692 0,549
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 16,949 0,141 0,086 16,949 0,141 0,112
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 20,47 0,151 0,091 20,470 0,151 0,119
TOTAL
101,492 1,948 1,000 49,739 0,594 1 89,172 1,646 1,000 93,392 1,261 1,000
2,542 = 2,906
130
N=2
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,043 0,417 0,214 36,726 0,306 0,546 13,317 0,111 0,067 31,680 0,264 0,210
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,020 0,010 3,002 0,020 0,035 --- --- --- 3,002 0,020 0,016
Oxígeno 48,340 1,511 0,776 7,501 0,234 0,418 40,839 1,276 0,768 22,295 0,697 0,555
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 11,791 0,098 0,059 11,791 0,098 0,078
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 23,887 0,176 0,106 23,887 0,176 0,140
TOTAL
101,385 1,947 1,000 47,229 0,560 1,000 89,834 1,661 1,000 92,655 1,254 1,000
2,508 = 2,915
131
N=3
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,021 0,417 0,157 37,932 0,316 0,551 12,089 0,101 0,043 31,055 0,259 0,161
Cumeno hidroperóxido 3,034 0,020 0,008 3,034 0,020 0,035 --- --- --- 3,034 0,020 0,012
Oxígeno 70,898 2,216 0,835 7,594 0,237 0,4139 63,304 1,978 0,840 33,551 1,048 0,653
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,213 0,118 0,050 14,213 0,118 0,074
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 21,596 0,159 0,067 21,596 0,159 0,099
TOTAL
123,954 2,652 1,000 48,561 0,573 1 111,202 2,356 1,000 103,449 1,604 1,000
3,226 = 3,961
132
N=4
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,002 0,417 0,157 41,057 0,342 0,549 8,945 0,075 0,032 29,473 0,246 0,153
Cumeno hidroperóxido 3,042 0,020 0,008 3,042 0,020 0,032 --- --- --- 3,042 0,020 0,012
Oxígeno 70,898 2,216 0,835 8,364 0,261 0,4192 62,535 1,954 0,839 33,358 1,042 0,648
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 14,463 0,121 0,052 14,463 0,121 0,075
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 24,598 0,181 0,078 24,598 0,181 0,112
TOTAL
123,942 2,652 1,000 52,463 0,624 1 110,541 2,330 1,000 104,935 1,609 1,000
3,276 = 3,940
133
Tabla F5. Segundo diseño experimental con cloruro de trifenil sulfonio, réplica 1.
N=1
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,004 0,417 0,158 32,854 0,274 0,508 17,15 0,143 0,060 33,575 0,280 0,177
Cumeno hidroperóxido 3,008 0,002 0,001 3,008 0,020 0,037 --- --- --- 0,299 0,002 0,001
Oxígeno 70,898 2,216 0,841 7,836 0,245 0,4548 63,062 1,971 0,834 33,490 1,047 0,664
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 20,835 0,174 0,073 20,835 0,174 0,110
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 10,227 0,075 0,032 10,227 0,075 0,048
TOTAL
123,910 2,634 1,000 43,698 0,538 1 111,274 2,362 1,000 98,427 1,577 1,000
3,173 = 3,940
134
N=2
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,009 0,417 0,157 33,604 0,280 0,539 16,405 0,137 0,057 33,207 0,277 0,172
Cumeno hidroperóxido 3,003 0,020 0,007 3,003 0,020 0,038 --- --- --- 3,003 0,020 0,012
Oxígeno 70,898 2,216 0,835 7,032 0,220 0,4230 63,866 1,996 0,834 33,691 1,053 0,655
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 21,224 0,177 0,074 21,224 0,177 0,110
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 11,208 0,082 0,034 11,208 0,082 0,051
TOTAL
123,910 2,652 1,000 43,639 0,520 1 112,703 2,392 1,000 102,333 1,609 1,000
3,172 = 4,000
135
N=3
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,000 0,417 0,106 32,719 0,273 0,555 17,281 0,144 0,039 33,641 0,280 0,126
Cumeno hidroperóxido 3,032 0,020 0,005 3,032 0,020 0,041 --- --- --- 3,032 0,020 0,009
Oxígeno 111,379 3,481 0,889 6,344 0,198 0,4039 105,036 3,282 0,896 54,104 1,691 0,758
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 20,681 0,172 0,047 20,681 0,172 0,077
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 8,948 0,066 0,018 8,948 0,066 0,030
TOTAL
164,411 3,917 1,000 42,095 0,491 1 151,946 3,665 1,000 120,405 2,229 1,000
4,408 = 5,894
136
N=4
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,012 0,417 0,106 38,085 0,317 0,555 11,9268 0,099 0,027
30,970 0,258 0,116
Cumeno hidroperóxido 3,031 0,020 0,005 3,031 0,020 0,035 --- --- --- 3,031 0,020 0,009
Oxígeno 111,379 3,481 0,889 7,508 0,235 0,4102 103,872 3,246 0,897 53,813 1,682 0,753
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 9,385 0,078 0,022 9,385 0,078 0,035
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 26,600 0,196 0,054 26,695 0,196 0,088
164,423 3,917 1,000 48,624 0,572 1 151,879 3,620 1,000 123,894 2,234 1,000
TOTAL 4,489 = 5,854
137
Tabla F6. Segundo diseño experimental con cloruro de trifenil sulfonio, réplica 2.
N=1
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,021 0,417 0,157 32,620 0,272 0,539 17,401 0,145 0,060 33,711 0,281 0,175
Cumeno hidroperóxido 3,030 0,020 0,008 3,030 0,020 0,040 --- --- --- 3,030 0,020 0,012
Oxígeno 70,898 2,216 0,835 6,800 0,212 0,4214 64,099 2,003 0,834 33,749 1,055 0,656
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 21,080 0,176 0,073 21,080 0,176 0,109
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 10,43 0,077 0,032 10,430 0,077 0,048
TOTAL
123,950 2,652 1,000 42,450 0,504 1 113,010 2,400 1,000 102,001 1,608 1,000
3,157 = 4,008
138
N=2
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,024 0,417 0,157 32,930 0,274 0,541 17,094 0,142 0,059 33,559 0,280 0,174
Cumeno hidroperóxido 3,111 0,020 0,008 3,111 0,020 0,040 --- --- --- 3,111 0,020 0,013
Oxígeno 70,898 2,216 0,835 6,807 0,213 0,4191 64,091 2,003 0,835 33,747 1,055 0,656
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 20,974 0,175 0,073 20,974 0,175 0,109
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 10,726 0,079 0,033 10,726 0,079 0,049
TOTAL
124,033 2,653 1,000 42,848 0,508 1 112,885 2,399 1,000 102,117 1,608 1,000
3,161 = 4,007
139
N=3
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,009 0,417 0,106 33,752 0,281 0,556 16,257 0,135 0,037 33,133 0,276 0,124
Cumeno hidroperóxido 3,021 0,020 0,005 3,021 0,020 0,039 --- --- --- 3,021 0,020 0,009
Oxígeno 111,379 3,481 0,889 6,546 0,205 0,4045 104,834 3,276 0,896 54,053 1,689 0,758
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 20,669 0,172 0,047 20,669 0,172 0,077
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 9,8 0,072 0,020 9,800 0,072 0,032
TOTAL
164,410 3,917 1,000 43,319 0,506 1 151,560 3,656 1,000 120,677 2,229 1,000
4,423 = 5,885
140
N=4
Sustancia
Entra Reacciona Sale Pérdidas
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Masa
(g)
n
(mol) xi
Cumeno 50,003 0,417 0,106 33,826 0,282 0,559 16,177 0,135 0,037 33,090 0,276 0,124
Cumeno hidroperóxido 3,002 0,020 0,005 3,002 0,020 0,039 --- --- --- 3,002 0,020 0,009
Oxígeno 111,379 3,481 0,889 6,487 0,203 0,402 104,892 3,278 0,897 54,068 1,690 0,759
Acetofenona --- --- --- --- --- --- 20,905 0,174 0,048 20,905 0,174 0,078
Alcohol cumílico --- --- --- --- --- --- 9,25 0,068 0,019 9,250 0,068 0,031
TOTAL
164,384 3,917 1,000 43,315 0,504 1,000 151,224 3,655 1,000 120,315 2,227 1,000
4,421 = 5,882
