Resin-catalyzed reaction modeling integrating catalyst swelling and sites accessibility: Application to solketal synthesis

Autor(es)

Aguiar, Leandro G. ; Godoy, William M. ; Graca, Nuno A. B. S. ; Rodrigues, Alirio E.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH & DESIGN; v. 212, p. 13-pg., 2024-11-01.

Resumo

A novel mathematical model for resin-catalyzed reactions, incorporating dynamic variations in the resin's swelling index, internal mass transfer resistances, non-ideal liquid mixtures, and limited site accessibility, was developed. The Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) mechanism, considering water adsorption, was used. Validation with experimental solketal synthesis data in ethanol (R-2 = 0.96) and solventless systems (R-2 = 0.99) was successful. A copolymerization model estimated the resin's swelling and accessibility features, using Karam and Tien's algorithm to obtain linear swelling data correlated with glycerol conversion (R-2 = 0.9995). Incorporating these linear equations into the catalysis model indicated glycerol conversion could be up to four times higher than in unswollen systems due to increased porosity and decreased tortuosity. Gibbs free energies of 4.7 +/- 0.9 kJ mol(-1) (solvent) and 12.1 +/- 0.6 kJ mol(-1) (solventless) were found, with a reaction rate constant of 109 s(-1) at 313 K on the catalytic sites. (AU)

• Processo FAPESP: 21/10350-5 - Efeito das propriedades de catalisadores poliméricos em reações orgânicas: estudo experimental e modelagem matemática
• Beneficiário: Leandro Gonçalves de Aguiar
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 22/09464-9 - Aplicação de resinas ácidas com novas formulações como catalisadores na síntese de solketal
• Beneficiário: Leandro Gonçalves de Aguiar
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Processo FAPESP: 20/08631-3 - Síntese e caracterização de resinas estirênicas sulfonadas e aplicação como catalisador em reações orgânicas
• Beneficiário: William Mendes Godoy
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 23/02393-1 - Avaliação de catalisadores poliméricos com novas formulações na reação de acetalização do glicerol
• Beneficiário: William Mendes Godoy
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado