Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería

Química E Industrias Extractivas

Grupo: 1IV6

Profesor: José Luis Zendejas

Materia: Introducción a la ingeniería

Fecha de entrega: 296 Nov. 2010

Trabajo: Propileno y sus derivados

Integrantes del equipo:

Arenas Tapia Arturo Esteban Chimal Cisneros Miguel Ángel Chombo Kuri Adriana Abigail

Fragoso Ocampo Celia Villagómez Muñiz Edgar

ÍNDICE

Tema No. De página

Indtroducción……………………………………………………………….3

Óxido de Propileno..……………………………………………………….....4

Epiclorhidrina ………….…………………………………………………...5

Glicerina……………………………………………………………………7

Alcohol isopropílico……………………...…………………………………...8

Polipropileno………………………………………………………………..9

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Introducción

PRODUCTOS DERIVADOS DEL PROPILENO

El uso del propileno como compuesto predecesor ha tenido un gran desarrollo. Su consumo actual en la industria química es de aproximadamente la mitad del etileno, pero la producción total de propileno es mucho mayor debido a los usos no químicos. En 1969 se usaron unas 3.8 millones de toneladas para fabricar productos químicos y aproximadamente 4.9 millones de toneladas para la producción de alcanos para gasolina y gases para polímeros. Este consumo químico es ya más de tres veces que el que tenía en 1959. Las fuentes actuales de propileno son las refinerías de petróleo en un 85% y el otro 15% es un subproducto de las plantas de etileno.

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POLIPROPILENOEl propileno (H2C=CH–CH3) es un hidrocarburo perteneciendo a los alquenos, incoloro e inodoro. Es un homólogo del etileno. Como todos los alquenos presenta el doble enlace como grupo funcional.

Propiedades fisicoquímicas

Fórmula: C3H6

Masa molecular: 42,1 g/mol Punto de fusión: –185,3 ºC Punto de ebullición: –48 ºC Temperatura de ignición: 460 ºC Presión de vapor a 20 ºC: 10.200

hPa Nº CAS: 115-07-1

Nº ICSC: 0559 Nº RTECS: UC6740000 Nº CE: 601-011-00-9 Concentración máxima permitida en

los lugares de trabajo: 500 ppm (VLA-ED, ACGIH-2008).

Límites de explosividad: 2,0 - 11,1% de propeno en el aire.

Características

Rango de temperatura de trabajo 0ºC +100ºC. Posee una gran capacidad de recuperación elástica. Resiste al agua hirviente, pudiendo esterilizarse a temperaturas de 140ºC sin deformación. Resiste a las aplicaciones de carga en un ambiente a una temperatura de 70ºC sin producir deformación. Gran resistencia a la penetración de los microorganismos.

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Gran resistencia a los detergentes comerciales a una temperatura de 80ºC. Debido a su densidad flota en el agua.

Aplicaciones

Bujes Roldanas Ruedas Estrellas distribuidoras Guías Perfiles Rodillos

Cojinetes Topes Tornillos Arandelas Tornillos Poleas Placas para troquelados

ÓXIDO DE PROPILENO

El óxido de propileno (epoxipropano) se obtiene a partir del propileno mediante epoxidación:

El óxido de propileno se fabrica principalmente mediante el proceso de clorhidrina. Este proceso se basa en dos etapas:

El proceso es básicamente similar al que se usa para el óxido de etileno. Dependiendo de las condiciones de la reacción, este proceso puede generar cantidades apreciables de dicloruro de propileno y propilenglicol además del óxido.

Antes de 1969, casi todo el óxido de propileno se obtenía por medio del método de clorhidrina. Sin embargo, en dicho año, inició operaciones la primera planta que usó el método de oxidación directa, el isobutano se oxida con el aire en fase líquida para obtener hidroperóxido de t-butilo. Después de la separación, el hidroperóxido se usaba para oxidar el propileno a óxido de propileno y el hidroperóxido se reduce a alcohol t-butílico. El alcohol puede deshidratarse para obtener isobutileno. Los coproductos que se obtienen dependen de los materiales iniciales. Por ejemplo, cuando se usa etilbenceno en lugar de isobutano, el coproducto es fenilmetilcarbinol, que puede deshidratarse hasta estireno. En el año de 1971 se inició la operación de la segunda fábrica y se estimaba que a partir de esa fecha todas las nuevas plantas se basarían en el proceso de oxidación directa.

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Los principales usos de oxido de propileno son la fabricación de propilenglicol y polipropilenglicoles. Otros usos son las isopropanolaminas, éteres de glicol para fluidos hidráulicos , agentes tensoactivos y desemulsificantes.

Glicoles y poliglicoles. La fabricación de propilenglicol se lleva a cabo con los mismos procesos que se usaban para el etilenglicol, esto es, hidrólisis del óxido, separación del agua y purificación del producto. Los principales usos son en resinas y celofán, como fluidos hidráulicos, como humectante de tabaco y en cosméticos.

Los polipropilenglicoles se preparan comercialmente por la adición de óxido de propileno catalizado con bases. El óxido de propileno también puede adicionarse a materiales iniciales tales como glicerina, pentaeritritol, sacarosa y sorbitol, dependiendo del tipo de producto que se desee. Los polipropilenglicoles y los poliglicoles preparados por condensación de óxidos de etileno y propileno se usan como lubricantes, fluidos hidráulicos y agentes separadores, así como para la porción de poliéter de las espumas de poliuretano. La mayor parte de estos polioles se consumen en la creciente industria de los poliuretanos.

El óxido de propileno es el precursor de los propilenglicoles que se emplean para obtener uretanos. Se usa principalmente para la produccion de polioles y poliéteres con grupos hidroxilo terminales.

EPICLORHIDRINA

Nombre registrado:  EpiclorhidrinaNombre químico: 1-Cloro-2,3-epoxipropanoSinónimos/nombres comerciales:  ECH,  clorometiloxirano, 2,3-epoxipropil cloruro,  oxirano,  óxido de etileno

DATOS FÍSICO-QUÍMICOS BÁSICOS

Fórmula empírica: C3H5ClO

Masa molecular relativa: 92,53 g

Densidad: 1,18 g/cm3

Densidad relativa del gas: 3,2

Punto de ebullición: 116,5°C

Punto de fusión: -48°C

Presión de vapor: 1,6 X 103 Pa

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Punto de inflamación: 26°C

Temperatura de ignición: 385°C

Límites de explosividod : 2,3-34,4 % V

Solvólisis: En agua: 60 g/l; se disuelve en etanol y en éter.

Factores de conversión: 1 ppm = 3,83 mg/m3

  1 mg/m3 = 0,26 ppm

PROCEDENCIA Y APLICACIONES

Aplicaciones:La  epiclorhidrina se utiliza en la  industria del caucho como  solvente y como materia prima para la fabricación de  resinas epoxídicas y fenólicas. Encuentra además aplicación en diversas síntesis orgánicas.

Procedencia / fabricación:La epiclorhidrina no existe en la Naturaleza. Se prepara sintéticamente por transformación del propileno con gas de cloro a 600°C y por hidrólisis con hidróxido de calcio. El producto técnico siempre contiene una serie de impurezas.

Efectos característicos

Seres humanos/mamíferos: La epiclorhidrina es una sustancia tóxica y cancerígena con efectos mutágenos. Cuando ha sido resorbida por piel, los síntomas no se presentan de inmediato. Las intoxicaciones agudas conducen a irritaciones en la piel y mucosas, parálisis respiratoria así como lesiones renales y hepáticas. La epiclorhidrina ejerce efectos nocivos sobre los pulmones, el higado y el sistema nervioso central. Las afecciones crónicas se manifiestan como efectos alérgicos, alteraciones en los ojos y en los pulmones.

COMPORTAMIENTO EN EL MEDIO AMBIENTE

En el medio ambiente la acumulación de la epiclorhidrina es moderada. Sus efectos tóxicos son más pronunciados en el agua, debido a su hidrosolubilidad. Es una sustancia móvil, que se encuentra tanto en la hidrosfera como en la atmósfera.

La hidrólisis produce una degradación metabólica considerable. La combustión incompleta promueve la formación de fosgeno.

GLICERINA

La glicerina (glicerol) sintética se fabrica a partir del propileno por medio de dos métodos principales.

Glicerina con el proceso de epiclorhidrina. En el proceso de epiclorhidrina, la glicerina sintética se produce en tres operaciones sucesivas; los productos finales son cloruro de alilo, epiclorhidrina y glicerina final, respectivamente. Una parte del cloruro de alilo se usa para la fabricación de alcohol alílico y una parte de la epiclorhidrina se usa en la fabricación de resinas epóxicas.

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La reacción clave de este proceso es la cloración del propileno en caliente, que de manera selectiva produce reacciones de sustitución en lugar de adición.

Glicerina por el proceso de acroleína y peróxido de hidrógeno. Este proceso se usa para fabricar glicerina, pero también se obtienen grandes cantidades de acetona como subproducto. Los materiales básicos que se consumen son propileno y oxígeno. La glicerina se sintetiza con un proceso de oxhidrilación del alcohol alílico con peróxido de hidrógeno.

ALCOHOL ISOPROPÍLICO Se dice que el alcohol isopropílico constituyó la primera sustancia petroquímica. Durante los últimos años de la primera guerra mundial, se fabricó el primer isopropanol usando el proceso Ellis, que es muy similar al método que se emplea en la actualidad.

Se han instalado en Europa nuevas plantas que utilizan un proceso de hidratación directa en el cual el propileno y el agua reaccionan en presencia de un catalizador como el ácido fosfórico sobre bentonita. La eliminación del ácido sulfúrico tiende a reducir los costos de proceso y de

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mantenimiento. La desventaja de este método es que requiere una alimentación de propileno altamente concentrada en lugar de la corriente diluida de refinerías.

PEMEX lo dejó de producir a partir de 1998. El uso principal es la fabricación de acetona, que constituye el 55% del total. Otros usos químicos son la fabricación de acetatos y xantatos. Acetona. La acetona puede prepararse a partir de isopropanol con varios métodos, pero el principal es la deshidrogenación catalítica.

Como catalizador se usa cobre, latón o zinc sobre un soporte. La operación es a temperaturas altas (400-500º C) y presiones moderadas (3.15 kg/cm2) y produce un rendimiento aproximado del 90% de acetona.

Menos del 60% de la producción actual de acetona proviene del isopropanol, en comparación con más del 80% que se obtenía en 1959. Esta disminución en el consumo de isopropanol para acetona puede atribuirse al incremento en el número de plantas de fenol que usan el método del cumeno.

La oxidación del cumeno produce 0.6 kg de acetona por kg de fenol obtenido. Es de esperarse que la importancia de esta fuente continúe aumentando a medida que se incremente la demanda de fenol.

Los principales usos químicos finales de la acetona son la producción de metacrilato de metilo y metilisobutilcetona (MIBK). El metacrilato de metilo se prepara mediante el proceso acetoncianhidrina, y la MIBK condensando acetona para formar óxido de mesitilo. Otros usos son la fabricación de bisfenol A, productos farmacéuticos de metilisobutilcarbinol y como disolvente.

Alcohol isopropílico disolvente. Una proporción muy importante de la producción de isopropanol se usa como disolvente para aceites esenciales y de otros tipos, gomas, lacas, resinas, colofonia y resinas sintéticas. El isopropanol es un disolvente excelente para estos materiales y por ello tiene un amplio uso para formular y mezclar numerosas sustancias incompatibles. Como componente de las soluciones de lacas de nitrocelulosa, el alcohol isopropílico mejora la resistencia al manchado y aumenta la disolución en ésteres y cetonas.

POLIPROPILENO

El polipropileno es un termoplástico semicristalino, que se produce polimerizando propileno en presencia de un catalizador estereo específico. El polipropileno tiene múltiples aplicaciones, por lo que es considerado como uno de los productos termoplásticos de mayor desarrollo en el futuro. Es un producto inerte, totalmente reciclable, su incineración no tiene ningún efecto contaminante, y su tecnología de producción es la de menor impacto ambiental. Esta es una característica atractiva frente a materiales alternativos.

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La polimerización catalítica del propileno fue descubierta por el italiano Giulio Natta en 1954 y marcó un notable hito tanto por su interés científico, como por sus importantes aplicaciones en el ámbito industrial. Empleando catalizadores selectivos, se obtuvo un polímero cristalino formado por la alineación ordenada de moléculas de propileno monómero. Los altos rendimientos de reacción permitieron su rápida explotación comercial. Aunque el polipropileno fue dado a conocer a través de patentes y publicaciones en 1954, su desarrollo comercial comenzó en 1957 y fue debido a la empresa italiana Montecatini. Pocos años más tarde, otras empresas, entre ellas I.C.I. y Shell fabricaban también dicha poliolefina.

Este descubrimiento impulsó la investigación de los sistemas catalíticos estereoespecíficos para la polimerización de olefinas y le otorgó a Natta, junto al alemán Karl Ziegler, el premio Nobel de química en 1963.

Hoy en día el polipropileno es uno de los termoplásticos más vendidos en el mundo, con una demanda anual estimada de 40 millones de toneladas. Sus incrementos anuales de consumo han sido próximos al 10% durante las últimas décadas, confirmando su grado de aceptación en los mercados.

La buena acogida que ha tenido ha estado directamente relacionada con su versatilidad, sus buenas propiedades físicas y la competitividad económica de sus procesos de producción. Varios puntos fuertes lo confirman como material idóneo para muchas aplicaciones:

Baja densidad Alta dureza y resistente a la abrasión Alta rigidez

Buena resistencia al calor Excelente resistencia química Excelente versatilidad

Por la excelente relación entre sus prestaciones y su precio, el polipropileno ha sustituido gradualmente a materiales como el vidrio, los metales o la madera, así como polímeros de

Estructura del polipropileno

Estructuralmente es un polímero vinílico, similar al polietileno, sólo que uno de los carbonos de la unidad monomérica tiene unido un grupo metilo.

El polipropileno fabricado de manera industrial es un polímero lineal, cuya espina dorsal es una cadena de hidrocarburos saturados. Cada dos átomos de carbono de esta cadena principal, se encuentra ramificado un grupo metilo (CH3). Esto permite distinguir tres formas isómeras del polipropileno:

Isotáctica

Sindiotáctica

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Atáctica

Estas se diferencian por la posición de los grupos metilo-CH3 con respecto a la estructura espacial de la cadena del polímero.

Las formas isotácticas y sindiotácticas, dada su gran regularidad, tienden a adquirir en estado sólido una disposición espacial ordenada, semicristalina, que confiere al material unas propiedades físicas excepcionales. La forma atáctica, en cambio, no tiene ningún tipo de cristalinidad. Los procesos industriales más empleados están dirigidos hacia la fabricación de polipropileno isotáctico que es el que ha despertado mayor interés comercial.

Mecanismo de reacción

La polimerización del propileno es una reacción de adición que emplea catalizadores de coordinación. Estos son compuestos de metales de transición que, por medio de enlaces metal-carbono, permiten la inserción de unidades de monómero. Uno de los primeros sistemas desarrollados fue del tipo TiCl4/A1,R3. Aunque a partir de éste los sistemas catalíticos han evolucionado de manera significativa y sus rendimientos han aumentado de manera impresionante, el principio de funcionamiento de todos ellos es muy similar.

Los mecanismos de reacción del sistema catalítico son los que explican la estructura lineal de la molécula de polipropileno. Aunque todavía se debaten algunos detalles, la mayoría de investigadores admite que el inicio de la reacción viene dado por la activación del sistema catalítico según un modelo descrito detalladamente por Cossee y Arlman. Una vez creados los sitios activos, las cadenas de polímero crecen en etapas sucesivas sobre el catalizador, al formarse un complejo de coordinación entre la molécula de propileno monómero y una casilla de coordinación vacante. La reacción suele terminarse por transferencia, gracias a la acción de agentes como el hidrógeno. El empleo de estos agentes es bastante útil para controlar la longitud promedio de las cadenas de polímero formadas y, por ende, su peso molecular, su viscosidad en fundido, etc.

La reacción es altamente regio-selectiva, lo que significa que las cadenas de monómero se incorporan en la cadena principal formando configuraciones bien definidas (isotácticas, sindiotácticas o atácticas). La introducción de compuestos donadores de electrones suele crear grupos estéticamente voluminosos alrededor de los centros activos del catalizador, por lo que la formación de una de las configuraciones suele estar favorecida (generalmente la isotáctica).

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Si durante la polimerización sólo se introduce propileno monómero, obtendremos un homopolímero. Si se introduce junto, al propileno un segundo monómero (o comonómero), se obtiene un copolímero. El comonómero más ampliamente utilizado es el etileno. Se distinguen dos tipos de copolímeros: Los copolímeros al azar (en donde monómero y comonómero se hacen reaccionar simultáneamente) y los copolímeros bloque, o heterogéneos (donde monómero y comonómero se introducen en dos etapas sucesivas).

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