Proyecto de síntesis de acido acetil salicílico, Guías, Proyectos, Investigaciones de Procesos Químicos

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SÍNTESIS DE ÁCIDO ACETIL SALICÍLICO

Reacción Global

Datos de interés:

• Catalizador de reacción: H 2 SO 4 /H 3 PO 4
• Rendimiento aproximado: 80%

Mecanismo de reacción

Diagrama de flujo

Desarrollo del proceso de síntesis

El proceso se lleva a cabo en un total de tres días y puede ser realizado por dos empleados. Se considera un exceso de anhídrido acético para proporcionar el medio de reacción y favorecerla. Todas las reacciones pueden realizarse en un reactor de 100 litros encamisado, toriesférico, de acero inoxidable, con agitador y condensador a reflujo. El primer paso de la síntesis consiste en colocar los reactivos ácido salicílico, anhídrido acético y ácido sulfúrico en el reactor. La reacción luego procede a 60- 80°C durante 2-3 horas. El calentamiento del reactor se realiza con vapor de agua. Posteriormente, se realiza un filtrado en caliente para deshacerse de posibles impurezas de los reactivos. Se utiliza un filtro de membrana de 200 micras, apto para la temperatura de trabajo. En este paso, el producto deseado queda disuelto en la mezcla de reacción porque es soluble en el medio, en caliente. La segunda etapa de la síntesis es la cristalización, la cual puede realizarse en un recipiente adicional de acero inoxidable de 100 litros. La mezcla de reacción debe dejarse enfriar a temperatura ambiente, sin refrigeración o ayuda externa, para así favorecer la formación de cristales de producto de mayor tamaño y pureza. Con este paso, finalizaría el primer día de la síntesis. Una vez finalizada la cristalización, el sólido obtenido se separa en una centrífuga industrial de acero inoxidable, con bolsa, y luego es lavado con agua helada, en pequeñas porciones. Debe considerarse la existencia de un reparto del ácido acetil salicílico entre la fase acuosa y la orgánica, por lo tanto, las primeras aguas madres luego del centrifugado, deben ser sometidas a un segundo proceso de cristalización para que el rendimiento de reacción sea mayor. Una vez separados los cristales del producto, se toma una muestra para su análisis en laboratorio antes de realizar los pasos de purificación. Si la muestra no presenta anomalías, el siguiente paso es la recristalización para lograr la pureza adecuada. Para evitar que el rendimiento de reacción baje demasiado, las aguas madres del paso de purificación, pueden sumarse a las del paso de centrifugación para una instancia de cristalización adicional (ver diagrama de flujo). Luego de la recristalización, se separa el sólido por filtración y, una vez lavado, se procede al secado por bandejas, a 70°C. Por último, una vez seco el producto, se vuelve a tomar una muestra para análisis y así asegurar que su pureza cumple con la especificación. La reacción de síntesis global también forma como producto ácido acético. Este solvente puede ser recuperado por destilación con un rotavapor industrial y ser luego comercializado. De esta forma, se puede reducir el costo del producto final. El paso final consiste en el envasado y la certificación de los procedimientos realizados.

Análisis de costos

Se requiere sintetizar 50 Kg de producto (276.24 moles). Al considerar un rendimiento de reacción del 80%, las cantidades y costos de reactivos necesarios serían: Reactivo

PM

(g/mol) Densidad Cantidad necesaria Cantidad utilizada Costo (USD) Costo total (USD) Ácido salicílico 138 - 47.65 Kg 4 7.65 Kg 8.80 (Kg) 419.3 2 Anhidrido acético 102 1.08 g/ml 32.61 L 40L 4.20 (L) 168 Ácido sulfúrico 98 1.84 g/ml 5.52 (Kg) 5.52 (Kg) 1.6 (Kg) 8. Considerando la recuperación del ácido acético formado en la reacción, se obtienen 17 Kg de este producto. El precio de mercado del ácido acético es USD 1.85 (Kg), por lo tanto, se ganan USD 3 1. 4 5. Respecto a los costos de personal, se considera un sueldo de $40000 ($60000 con los aportes incluidos) por mes, con una jornada laboral de 160 horas mensuales. La síntesis involucra 20 horas de trabajo de dos obreros, lo cual tiene un costo de USD 251.51. Sumando los costos de reactivos y los salarios de empleados, se tiene un valor de USD 847.66. Si a ese monto se le resta la ganancia de la venta del ácido acético, se tiene como costo del proceso completo USD 816. 21. De esta manera, el costo del producto sintetizado sería de USD 16.30 (Kg), sin tener en cuenta los costos de equipamientos, servicios y purificación. Considerando una rentabilidad del 30%, el precio de venta final sería de USD 21 .19 (Kg).

Anexo: MSDS sheets de reactivos y productos

• Ácido salicílico https://www.fishersci.com/shop/msdsproxy?productName=A
• Ácido sulfúrico https://www.mchem.co.nz/site/mchem/MSDS/SULPHURIC%20ACID% %20PERCENT%20MSDS.PDF
• Anhidrido acético https://www.fishersci.com/store/msds?partNumber=S25119A&productDescri ption=ACETIC+ANHYDRIDE+500ML&vendorId=VN00115888&countryCod e=US&language=en
• Ácido acético https://beta- static.fishersci.com/content/dam/fishersci/en_US/documents/programs/educ ation/regulatory-documents/sds/chemicals/chemicals-a/S25118.pdf