L’acido acetico è un prodotto di grosso consumo (intermedio acetato di vinile e altri processi). L’evoluzione della produzione dell’acido acetico parte dall’ossidazione dell’acetaldeide (vedi foglio 1).

Un’altra soluzione era l’ossidazione della nafta (vedi foglio 2).

La realtà è molto più economica dell’acetaldeide però da molti sottoprodotti.

Da osservazioni sperimentali ci si è orientati alla carbonicazione del metanolo (vedi foglio 3).

Questo processo è stato sviluppato dalla BASF con un catalizzatore a base di cobalto che lavorava ad alta pressione. Pochi anni dopo la MONSANTO sviluppò un catalizzatore a base di rodio che dava risultati simili in condizioni meno drastiche. L’unico svantaggio era il maggior costo del rodio rispetto al cobalto.

Da un punto di vista termodinamico, alimentando CH₃OH e CO in quantità stechiometriche, la reazione è favorita da basse T (reazione esotermica) e da alte P.

Mantenendosi sotto i 500 K tutto il metanolo viene convertito. La necessità dell’alta pressione è legata alla stabilità del complesso del cobalto visto che la P termodinamicamente non conta molto . Il tipo di reazione che parte dall’acetaldeide è diventato poco competitivo per una delle reattività dei reagenti (reazioni radicali difficili da controllare).

Nel sistema possono avvenire anche altre reazioni (vedi foglio 3)

Questa reazione porta a ioduro di metile che è l’intermediario fondamentale della produzione. Valutando la velocità di reazione dell’acido acetico si può osservare che dipende dai reagenti secondo una cinetica di ordine zero (vedi foglio 4).

Dunque si può lavorare anche a concentrazioni basse e quindi con un CSTR. Questo permette un mescolamento ottimale e un controllo relativamente semplice dello scambio termico (fase liquida).      

Possono avvenire anche altre due reazioni secondarie che sottraggono CH₃OH all’equilibrio. Per favorire la reazione principale si può alimentare acqua nella miscela reagente. Per il controllo della T si lavora in condizioni di P tali che parte del liquido vaporizzi per poi essere ricondensato e riciclato.

Il processo MONSANTO riporta un reattore CSTR a 30 bar e 450 k alimentato con H₂O, CO e CH₃OH. La corrente vaporizzata nel reattore entra in un flash in cui si riduce la P per avere una fase liquida contenente CH₃OH non reagito, complesso del catalizzatore e acido acetico; questa corrente si invia in una sezione di separazione per purificare il prodotto e per recuperare i reagenti non convertiti. In particolare la prima colonna recupera il catalizzatore, la seconda elimina parte dell’acqua, la terza i prodotti (frazioni altobollenti). L’ultima colonna opera una purificazione fine. Dalla testa delle colonne escono correnti ricche in CH₃OH che vengono inviate in uno scrubber per il recupero e per la purificazione dell’off-gas. Per purificare ad un titolo maggiore nella quarta colonna si può inviare un terzo componente che deve avere maggiore affinità con gli altri due e deve essere facilmente separabile (vedi foglio 5).