Sintesi del metanolo: aspetti termodinamici e cinetici

La sintesi del metanolo costituisce un esempio della importanza pratica dei processi catalitici. Il monossido di carbonio può reagire con idrogeno gassoso per dare vari prodotti e, tra questi, il metanolo è uno dei meno favoriti. Questa sintesi è pertanto rappresentativa dell’importanza dei catalizzatori selettivi nel dirigere il processo nel senso desiderato evitando altre reazioni preferenziali che avverrebbero in assenza di catalizzatori.

Aspetti termodinamici 

La formazione di metanolo da monossido di carbonio e idrogeno è una reazione esotermica e irreversibile:

CO + 2 H2 CH3OH    ΔHo298 = – 21.68 kcal/mol

I valori della variazione di energia libera e della costante di equilibrio, calcolati a varie temperature mostrano che la formazione del metanolo è sempre meno favorita all’aumentare della temperatura. Poiché la sintesi è resa possibile con l’uso di alte pressioni, in quanto nella reazione si ha contrazione di volume, è necessario calcolare la dipendenza delle composizioni in equilibrio in funzione della pressione.

Per effettuare questo calcolo, per lo stato di non idealità dei componenti gassosi di reazione alle alte pressioni, bisogna conoscere i coefficienti di attività di ogni gas:  γ = a/p. Ricordando la relazione tra attività a, coefficiente di attività γ, pressione parziale p, pressione totale P e frazioni molari x, esemplificando per il monossido di carbonio si ha:

aCO = γCO pCO = γCO xCOP

si ottiene la relazione della costante di equilibrio in funzione della pressione:

Keq = [x CH3OH  γ CH3OH / (xCO )x2H2 (γCO ) γ 2H2] P-2 = KxKγP-2

L’effetto favorevole della pressione sulla concentrazione d’equilibrio del metanolo fa sì che questo processo possa essere vantaggiosamente utilizzato industrialmente, nonostante il pronunciato influsso negativo esercitato dalle alte temperature a cui è necessario operare per ottenere una cinetica di reazione accettabile con l’uso di appropriati catalizzatori.

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Author: Chimicamo

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