INTRODUCCION:El cumeno es la materia de base principal para la produccin del fenol/ acetona y la demanda es conducida por el crecimiento del mercado para los derivados del fenol y de la acetona tales como bis-fenol A, resinas fenlicas y caprolactama. Taiwn, Japn y EEUU importan volmenes grandes de cumeno para la produccin del fenol. China se pronostica importar cumeno para incrementar su capacidad significativa durante 2007-2012 para suministrar este compuesto en sus plantas de fenol y acetona en su pas .Adems la demanda creciente para el bisphenol A y las resinas fenlicas darn lugar a la demanda fuerte para el cumeno en el Asia (excepto Japn) en los prximas dcadas . Las principales aplicaciones para el cumeno en nuestro mercado estn como diluente para las pinturas, las lacas y los esmaltes, y como componente de algunos solventes .Tambin se utiliza en los catalizadores de polimerizacin para fabricacin de plsticos, catalizador para acrlicos y tipo resinas de polister, y como materia prima para los perxidos y los catalizadores de oxidacin.

FORMULACIN DEL PROBLEMA.Disear, analizar y evaluar la estructura ms viable del proceso de produccin Cumeno con equipos de proceso que respondan aun costo de inversin factible y una buena rentabilidad con el tiempo. Recopilar y ordenar antecedentes de plantas de produccin de cumeno.

JUSTIFICACIN.El propileno obtenido a partir de las fracciones ligeras del petrleo as como su presencia en el gas natural se puede aprovechar para la produccin del cumeno en nuestro pas y de esta forma aumentar su valor agregado . Se pretende con ello establecer una fuente de datos e informacin mediante un anlisis de prefactibilidad para este proceso y ponerlos a disposicin de empresas estatales o privadas que tengan la capacidad de llevar a cabo este proyecto.

BASES TERICAS PARA LA PRODUCCION DE CUMENOPara la realizacin del proyecto se esta considerando la informacin proporcionada en el libro Analysis, Sntesis, and Design of Chemical Processes del autor Richard Turton en la primera edicin.

OBJETIVO GENERALDiseo de pre-factibilidad para la instalacin del proceso para la produccin de cumeno a travs de la reaccin del propileno del gas natural y el benceno sobre un catalizador acido (Acido Sulfrico) para poner a disposicin a empresas estatales o privadas que tengan la capacidad de llevar a cabo este proyecto as como su arranque en los prximos aos en nuestro pas.

PROPOSITO DEL TRABAJOBasado en las investigaciones realizadas por nosotros proponer el diseo y anlisis en la produccin de cumeno basados en nuestros conocimientos del curso con el propsito de evaluar nuestros conocimientos adquiridos durante el mismo para poder disear, analizar y evaluar como seria un proceso de obtencin de un producto muy utilizado.

PRIMER ALTERNATIVA

Condiciones del reactor: la reaccin se lleva acabo en fase gas 3500C y P= 10 15 bar1 Propileno 2 Benceno 4 Benceno Descripcin del proceso. Los reactantes son alimentados como lquidos de sus respectivos tanques almacenadores. Luego se bombean a la presin requerida, determinada por las condiciones de operacin del catalizador, los reactantes son mezclados vaporizados y calentados a la temperatura de operacin del reactor. El catalizador convierte los reactantes a los productos deseables e indeseables de acuerdo a las reacciones mostradas a continuacin: Reaccin principal: C3H6 Propileno Reaccin secundaria: C3H6 Propileno + C6H5-C3H7 cumeno C3H7-C6H4-C3H7 diisopropil benceno (DIPB) + C6H6 benceno C6H5-C3H7X REACTOR 0.99

SEPARADOR

5 Cumeno 6 DIPB

13

cumeno

Fuente: Datos experimentales proporcionados por Libro Anlisis de diseo y sntesis de Richard Turton pag 789.

VELOCIDAD DE PRODUCCION DE CUMENO:

La planta se disea para una capacidad de produccin de 98.5 Kmol/hr, la conversin del propileno es de 99 %, la relacin molar benceno 2:1 propileno. CALIDAD DEL PRODUCTO Cumeno producido con 97.8% de pureza en peso, S= 15 cumeno / 1 DIPB CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA: - Propileno con 5 % de impureza (Propano). - Benceno con 99 % de pureza BALANCE DE MATERIA C/DIPB=15 DIPB = 98.5/15=6.64 Kmol/H C3H66.64

+

C6H5-C3H76.64

C3H7-C6H4-C3H76.64

PARA LA PRODUCCION DE 98.5 KMOL/H DE CUMENO SE NECESITAN PRODUCIR 98.5+6.64

C3H6 + Propileno105.7

C6H5-C3H7 Cumeno105.7

C3H7-C6H4-C3H7 diisopropil benceno (DIPB)105.7

Propileno = 105.7/.99=106.2 kmol/h Propileno Alimentado=106.2+6.64=112.84 kmol/h BALANCE DE MATERIA EN EL REACTOR Compuesto Benceno Propileno Propano Cumeno DIPB ENTRADA(KMOL/H) 225.68 112.84 5.93 0 0 SALIDA(KMOL/H) 120.54 1.06 5.93 98.5 6.64

BALANCE DE MATERIA EN EL SEPARADOR Compuesto Benceno Propileno Propano Cumeno DIPB RECIRCULACION(KMOL/H) 120.54 0 0 0 0 SALIDA(KMOL/H) 0 1.06 5.93 98.5 6.64

LA ALIMENTACION FRESCA DE BENCENO=105.14KMOL/H LA RECIRCULACION ES DE 120.54 KMOL/H DE BENCENO

HOJA DE BALANCE

Corriente Propileno Benceno Cumeno DIPB

1112.84 -------------------------------------

2------------105.14 -------------------------

3------------120.54 -------------------------

41.06 120.54 98.5 6.64

5------------------------98.5 6.64

6------------------------------------6.64

POTENCIAL ECONOMICO

ENTRADA PROPANO PROPILENO-P BENCENO SALIDA PROPANO PROPILENO-P CUMENO DIPB

Kmol/h 5.93 112.84 105.14 5.93 1.06 98.5 6.64

PM 44 42 78 44 42 120 162

Precio$/kg ----9.5 12 ------7 21 8

Entrada Propileno-p=47501.9 $, benceno=98411 $Salida Propileno-p=2138.08 $, Cumeno=248220 $, DIPB=8605.44$PE=((2138.08+248220+8605.44)(47501.9+98411))/11820=9.56$/Kg cumeno

Fuente: Datos experimentales proporcionados por Libro Anlisis de diseo y sntesis de Richard Turton.

SEGUNDA ALTERNATIVA

Condiciones del reactor: la reaccin se lleva acabo en fase gas 3500C y P= 13 bar1 Propileno 2 Benceno 4 Benceno Descripcin del proceso. La planta se disea para una capacidad de produccin de 62 Kmol/hr, la conversin del Benceno es de 85%, y el ispropanol tiene una eficiencia de 97.5 % y en donde S= 8 cumeno / DIPB. BALANCE DE MATERIA C/DIPB=8 DIPB = 62/8=7.75 Kmol/H C3H869.75 XREACTOR 85 %

SEPARADOR

5 Cumeno 6 DIPB

13

+

C6H5-C3H769.75

C3H7-C6H4-C3H769.75

PARA LA PRODUCCION DE 98.5 KMOL/H DE CUMENO SE NECESITAN PRODUCIR 98.5+6.64

C3H8 + Isopropanol7.75

C6H5-C3H7 Cumeno7.75

C3H7-C6H4-C3H7 diisopropil benceno (DIPB)7.75

Benceno alimentado = (69.75 + 7.75) / .85 = 91.1765 Isopropanol = (69.75 + 7.75) / .975 = 79.4872 BALANCE DE MATERIA EN EL REACTOR Compuesto Benceno Isopropanol Cumeno DIPB ENTRADA( KMOL/H) 91.1765 79.4872 0 0 SALIDA (KMOL/H) 13.6765 1.9871 62 7.75

BALANCE DE MATERIA EN EL SEPARADOR Compuesto Benceno Isopropanol RECIRCULACION(KMOL/H) 13.6765 0 SALIDA(KMOL/H) 13.6765 1.9871

Cumeno DIPB

62 7.75

62 7.75

LA ALIMENTACION FRESCA DE BENCENO=105.14KMOL/H LA RECIRCULACION ES DE 120.54 KMOL/H DE BENCENO

HOJA DE BALANCE

Corriente 1 Isopropanol 79.4872 ------------Benceno ------------Cumeno ------------DIPB

2------------79.4872

3-----------91.1765

41.9871 91.1765 62 7.75

5----------------------62 7.75

6----------------------------------

-------------------------

-----------------------

7.75

POTENCIAL ECONOMICO

Entrada C3H8O=79.4872 kmol/hr*60*7=33384.6 C6H6=91.1775 kmol/hr *78*12=85342.1 Salida C3H8O=1.9871*7*60=834.582 C6H5-C3H7=62*120*21=156240 C3H7-C6H4-C3H7=7.75*162*8=10044 (DIPB) Cumeno=62*120=7440 PE=((834.582+156240+10044)-(33384.6+85342.1))/(7440)=6.5 $ Kg. cumeno Fuente: Datos experimentales proporcionados por Libro Anlisis de diseo y sntesis de Richard Turton.

/

VELOCIDAD DE REACCIN:

La cintica para las reacciones es la siguiente. Para la reaccin primaria: C 3 H 6 . . . . .. . . . C 6 H 6 1 C 9 H 12 k propileno . .. . . . benceno . .. . . . cumeno gas . . . natural r = k1c p cb 1 mole / g cat sec 24.90 k1 = 35 10 4 exp . RT

Para la reaccin secundaria:k C 3 H 6 +C 9 H 12 2 12 H 18 C

p pileno ro

cu en m o

p d iisop p ro i

l bencen o

r2 = k2c p cc

mole / g cat sec

35.08 k2 = 2.9 10 6 exp RT

Donde las unidades de la energa de activacin son Kcal./mol, Las unidades de la concentracin son mol/L, y la temperatura esta en Kelvin.

RESTRICCIONES OPERACIONALES:- Temperatura de entrada al reactor 350 C Conversin en el reactor : X

0.99

Fuente: Datos experimentales proporcionados por Libro Anlisis de diseo y sntesis de Richard Turton.

Este documento contiene el diseo y anlisis e interpretacin de los datos obtenidos por nosotros para la obtencin de cumeno partiendo desde los materiales necesarios para su obtencin y las propiedades de los reactivos y productos, el tipo de reactor que se emplea para su obtencin, la eficiencia del reactor, de la reaccin y basndonos en el balance de materia y el mejor

potencial econmico encontrado en base a nuestros clculos este se va a definir como la mejor propuesta encontrada La segunda parte consiste en definir una base de calculo y as efectuar de nuevo un balance de materia Obteniendo el balance de materia se evala el mejor mtodo de separacin ayudndonos de las euristicas para tener el mejor mtodo de separacin La tercer parte consiste en la red de intercambio trmico ayudndonos de el programa de simulacin de Pro II de un proceso propuesto por nosotros con la base de calculo definida anteriormente y de este modo obteniendo las temperaturas, presiones, cp de las corrientes que se ven involucradas en nuestro proceso de obtencin del cumeno y en base a esto obtener el punto pinch y realizar el anlisis tanto arriba como abajo del punto pinch y as poder concluir con todos los datos e informacin obtenidos en todo el anlisis.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS1.-CABE, Warren, SMITH, Julian, Operaciones bsicas de Ingeniera Qumica, Editorial Revert S.A.: 1968, Barcelona, Pg. 633 659.

2.-CITGO Petroleum Corporation Hoja de Datos de Seguridad de Materiales (MSDS) 3.-C.O.Bennett, J.E.Myers, Transferencia de cantidad de movimiento, calor y materia Editorial Revert S.A.: 1979, Espaa , Pg.253 - 273. 4.- Felder, R.M. and R.W. Rousseau, Elementary Principles of Chemical Processes (2nd ed.),Wiley, New York, 1986. 5.- Muoz Razo Carlos, Benassini Flix Marcela. Cmo elaborar y asesorar una investigacin de tesis . Editorial Prentice Hall Segunda edicion Pag. 90110 6.- Perry, John, Manual del Ing. Qumico, sptima edicin (cuarta en espaol), editorial McGraw-Hill, 2001 New York, 1984, p. 9-74. 7.-Turton, Richard, ANALISIS, SINTHESYS AND DESING OF CHEMICAL PROCESSES, Editorial Prentice Hall, 1998. Captulo 2 y apendice A. Pag. 788-806 DIRECCIONES ELECTRONICAS CONSULTADAS http://es.wikipedia.org/wiki/Cumeno" http://www.quiminet.com (pagina usada para consultar precios) http://www.icis.com http://www.google patent search.com http:// www.cepis .org.pe http://www.babelfish.com http://www.qualityprofesionalsoftware.com