Halogenación
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Halogenación. La halogenación constituye en la mayoría de los casos la cloración de cierto compuesto químico, a causa de que la diferencia de costo existente entre el cloro y el resto de los halógenos, particularmente en base molar, es bien sustancial. En algunos casos, la presencia de bromo (Br), yodo (I) y flúor (F) le confiere propiedades adicionales a un determinado compuesto químico que permiten asegurar su fabricación.
Sumario
Obtención
La cloración tiene lugar mediante:
- la adición de un enlace insaturado,
- la sustitución del hidrógeno
- el reemplazo de otro grupo tal como hidroxilo (–OH) o sulfónico (–SO3H).
La luz cataliza algunas reacciones de cloración, la temperatura influye profundamente, y casi siempre ocurre la policloración hasta cierto grado de extensión. Todas las reacciones de halogenación son fuertemente exotérmicas.
Proceso de cloración
En el proceso de cloración el cloro y el metano (fresco y reciclado) son alimentados en una relación 0.6/1.0 al reactor, en el cual se mantiene la temperatura entre 340 – 370 ºC. El producto de la reacción contiene hidrocarburos clorados en conjunto con metano sin reaccionar, cloruro de hidrógeno, cloro y productos pesados clorados. Las reacciones de cloración secundarias tienen lugar a temperatura ambiente en un reactor catalizado por luz, el cual convierte el cloruro de metileno en cloroformo, para luego convertir este último en tetracloruro de carbono en otro reactor. Con la variación de la relación de los reactivos, las temperaturas y la relación de recirculación, resulta posible alterar hasta cierto punto la concentración del producto final con el objetivo de satisfacer las demandas del mercado. Se puede evitar la ignición durante el proceso de fabricación utilizando canales estrechos y altas velocidades en el reactor. La conversión del cloro es total, y la conversión del metano ronda cerca del 65%.
Selección del equipamiento
La selección del equipamiento necesario para llevar a cabo las reacciones de cloración es muy difícil, ya que la combinación de halógenos, oxígeno, ácidos halogenados, agua y calor es particularmente corrosiva. Aleaciones tales como Hastelloy y Duriclor resisten muy bien y se usan muy a menudo, mientras que pueden utilizarse también el vidrio, acero revestido de vidrio y el tántalo, los cuales son muy resistentes aunque no siempre se encuentran disponibles. Las condiciones anhidras permiten utilizar aceros o aleaciones de níquel. En medios no acuosos resulta más adecuado emplear aparatos construidos de hierro y revestidos con plásticos y/o plomo o azulejos.
Cloración a baja temperatura
Cuando la cloración deberá realizarse a baja temperatura, a menudo resulta beneficioso hacer circular agua de enfriamiento por el interior de un serpentín de plomo ubicado en el interior del clorinador o hacer circular la mezcla de reacción por un sistema de enfriamiento externo en lugar de emplear una chaqueta externa. Cuando la temperatura deberá mantenerse a 0ºC o por debajo de esta, se utiliza una salmuera de cloruro de calcio, la cual es enfriada por medio de un dispositivo refrigerante.
Reacciones de cloración
La mayoría de las reacciones de cloración producen cloruro de hidrógeno como subproducto, y se ha investigado un método para hacer útil este compuesto para usos posteriores: Sin embargo, esta no es una reacción de equilibrio, la cual tiene una tendencia a favor del cloruro de hidrógeno. La reacción puede utilizarse y llegar a completarse empleando un procedimiento de oxicloración, en el cual el cloro, una vez formado, se hace reaccionar lo más rápido posible con una sustancia reactiva, conduciendo así al completamiento de la reacción. Se puede poner como ejemplo de lo anterior la oxicloración del metano: Esta cloración puede llevarse a cabo empleando cloro, aunque se formará un mol de cloruro de hidrógeno por cada átomo de cloro introducido en el metano, y esto deberá descartarse para prevenir la contaminación ambiental. De esta manera, se utiliza de forma frecuente el cloruro de hidrógeno como subproducto de otros procesos, mientras que el empleo de cloruro cuproso (CuCl) y cloruro cúprico (CuCl2), junto con alguna cantidad de cloruro de potasio (KCl) como catalizador de sales fundidas, mejorará el progreso de la reacción. El etano puede ser clorado bajo condiciones muy similares a aquellas encontradas en la cloración del metano, la cual entregará una mezcla de cloroetanos.
Uso del clorobenceno
El clorobenceno se emplea como solvente y para fabricar nitroclorobencenos.
Obtención del clorobenceno
Este compuesto es obtenido haciendo pasar cloro seco a través del benceno, usando cloruro férrico (FeCl3) como catalizador: La velocidad de reacción favorece la producción del clorobenceno por encima del diclorobenceno en una relación 8.5:1, lo cual se obtiene manteniendo la temperatura por debajo del 60 ºC. El cloruro de hidrógeno generado, el cual se encuentra libre de cloro, es lavado con benceno, para luego ser absorbido en agua. La destilación separa el clorobenceno, dejando una mezcla de isómeros de diclorobenceno. En medio acuoso, cuando se tiene ácido clorhídrico tanto en la fase líquida como en la de vapor, y particularmente bajo condiciones de altas presiones, el tántalo es indudablemente el material más resistente para la construcción de los recipientes que manejarán estos fluidos. Los reactores y los tubos catalíticos revestidos con este metal brindan un servicio satisfactorio por períodos de tiempo prolongados.
Fuentes
Maloney, James O. (2008). Perry's Chemical Engineers' Handbook. Ed. McGraw-Hill
