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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA PETROLERA

QUIMICA DEL PETROLEO

TRABAJO SIMULACION DE PROCESOS

FECHA DE ENTREGA: 15/09/2011

INTEGRANTES: GONZLEZ ESCAMILLA LUIS ALFREDO. MENESES DOMNGUEZ ERICK ISRAEL. MORALES COUTIO EDUARDO. RAMOS MELNDEZ NICOLS ANBAL.

GRUPO: 5PM1

NOMBRE DEL PROFESOR: REN ROGELIO SOTELO BOYAS

Escuela Superior

de e

Ingeniera Qumica

Industrias Extractivasde

Departamento

Ingeniera Qumica Petrolera

Laboratorio de Qumica del Petrleo Practica No. 2

Simulacin de Procesos PetroqumicosInstructor: Rogelio Sotelo Boys Equipo: Fecha de entrega: 15 de Septiembre de 2011

Objetivos

1. Conocer la importancia de un proceso petroqumico como lo es el proceso de produccin de amonaco. 2. Conocer las propiedades del amonaco. 3. Conocer algunas de las principales aplicaciones del amonaco y las reacciones involucradas en ellas. 4. Simular el proceso de amonaco por medio de un simulador comercial. 5. Determinar el efecto de usar una purga en el proceso. 6. Proponer y simular dos procesos petroqumicos diferentes en equipos de dos alumnos.

Simulacin Grupal de la Obtencin de AmoniacoS7

SP1 C1 PURGA

18

S8 H1 S4 S5 F1

M1 S2

R1

S3

PRODUCTO

CARGA

Figura 1. Diagrama de flujo de la produccin de NH3 en ASPEN PLUS. Los datos requeridos para la simulacin se muestran a continuacin. Tabla 1. Datos de los equipos Unidad R1 H1 F1 C1 Subrutina REQUIL HEATER FLASH2 COMPR T (C) 500 -33 -33 Isoentrpico P(atm) 200 136 136 Pdescarga=200

Para la estimacin de propiedades termodinmicas se usar la ecuacin de Chao-Seader. Los datos de la carga son: T = 77F y 200 atm, y la composicin es:

Tabla 2. Composiciones de la carga

Componente N2 H2 Ar CH4

Lbmol/hr 24 74.3 0.6 1.1 100

Fraccin mol 0.240 0.743 0.006 0.011 1.000

A continuacin se muestran los resultados obtenidos mediante el anlisis de sensitividad. Tabla 3. Resultados del anlisis de sensitividad Relacin de purga/ recirculacin 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Flujo de Producto (kgmol/hr) 20.71 20.08 19.26 18.50 17.80 17.15 Flujo de Recirculacin (kgmol/hr) 175.14 123.43 105.83 94.82 86.56 79.89 Flujo de Purga (kgmol/hr) 3.57 5.14 6.75 8.24 9.62 10.89 Ar en Purga fraccin mol 0.073 0.053 0.04 0.033 0.028 0.025 CH4 en Purga fraccin mol 0.132 0.093 0.073 0.059 0.051 0.045 H2 en Purga fraccin mol 0.636 0.677 0.692 0.700 0.705 0.709

De acuerdo a los resultados obtenidos del anlisis de sensitividad. Qu beneficios y desventajas, tanto tcnicas como econmicas, tiene la disminucin de la relacin purga/recirculacin?

Por una parte, podemos ver que conforme aumenta la relacin de purga/recirculacin el flujo de producto disminuye, lo que generara prdidas a nivel econmico, tanto a nivel de materia prima como a nivel de ganancias; adicionalmente, se observa la disminucin del argn en la purga, lo que requerir de una alimentacin mayor de Ar en la carga original y esto una elevacin de costos de produccin. Sin embargo, al aumentar la relacin se observa como la fraccin de CH4 en la purga es menor, lo que significa que se pierde menor cantidad de materia prima en purga. Se observa por otro lado un ligero aumento de la fraccin de hidrgeno en purga. Finalmente, el subir la relacin de purga /recirculacin solo significara que se recircula menos materia, lo que repercute directamente en la obtencin delNH3.

Consideraciones Tericas 1. Describe en una tabla las propiedades fsicas ms importantes del amonaco. Propiedades Fsicas Estado de Agregacin Apariencia Gas Gas incoloro Olor penetrante y desagradable Sabor Caustico 0.73 kg/m3 17.031 g/mol 195.42 K 239.81 K 773K 405.5 K 11425 KPa 1.355 4700 kJ/kgK (Estado liquido) 195.45K 6.1Pa 0.5970

Densidad @ 273.15K Masa Molecular Punto de Fusin Punto de Ebullicin Punto de Descomposicin Temperatura Critica Presin Critica ndice de Refraccin Calor especfico Punto Triple Gravedad especifica @ 273.15K y 1 atm

2. Describe los usos principales del amonaco. Se emplea para la obtencin de sales amnicas, utilizadas como abono amoniacal. La mayor parte se usa para la obtencin de NO, y de este, HNO3 y nitratos (para la fabricacin de abonos nitro y de explosivos).Tambin se emplea para la obtencin de urea, cido cianhdrico, hidracina, hidroxilamina, los que a su vez, se usan en la fabricacin de productos industriales diversos. Fabricacin de muchos productos de limpieza domsticos. Es una fuente importante de nitrgeno que necesitan las plantas y los animales. Mquinas frigorficas (Al llevarse a cabo el cambio de fase Liquido-gas, cuando se evapora, 1 g de lquido absorbe 317.6 cal (a -20C), calor necesario para congelar casi 4 g de agua. Vulcanizacin del caucho, Fabricacin de numerosos productos qumicos y siderrgicos, En la industria textil, En la industria farmacutica.

3. En Mxico a) Cmo se obtiene amonaco? PRODUCTOS DERIVADOS DEL METANO El metano es el hidrocarburo parannfico que contiene ms tomos de hidrgeno por tomo de carbono. Esta propiedad se aprovecha para obtener el hidrgeno necesario en la fabricacin de amoniaco y metanol . El hidrgeno se obtiene catalticamente, quemando parcialmente el metano en presencia de oxgeno y de vapor de agua, con lo cual se forma una mezcla llamada gas de sntesis compuesta principalmente por monxido de carbono (CO), bixido de carbono e hidrgeno . Las principales reacciones que intervienen son las siguientes:

La figura 17 nos describe el diagrama del proceso para producir gas de sntesis. Cabe mencionar que tambin se suele usar el etano, el propano y el butano como materias primas, aunque stos tienen en sus molculas menos tomos de hidrgeno por tomo de carbono que el metano.

Figura 17. Diagrama del proceso para producir gas de sntesis. Como se menciono anteriormente, el gas de sntesis se usa principalmente para hacer amoniaco y metanol.

Obtencin del amoniaco El amoniaco, cuya frmula qumica es hidrgeno del metano. , se fabrica a partir del nitrgeno del aire y del

Las etapas que constituyen el proceso de fabricacin del amoniaco a partir de los compuestos anteriores, son las siguientes: Destilacin del aire Oxidacin parcial del metano con oxgeno Eliminacin del carbono Conversin del monxido de carbono con vapor de agua Eliminacin del bixido de carbono formado Eliminacin del monxido de carbono por medio de nitrgeno lquido Formacin de la mezcla nitrgeno + tres partes de hidrgeno. La reaccin para hacer el amoniaco es la siguiente:

b) Dnde se obtiene amonaco? El Comit Nacional de Estudios de la Energa expone en su pgina de Internet (http://www.untcip.net/) un estudio sobre la produccin de fertilizantes en Mxico. Sealan que desde 2002 el gobierno federal ha dejado de manera discrecional a las grandes empresas de fertilizantes (Masagro, Tepeyac, Aprodifier y unas cuantas empresas ms) toda la distribucin del amoniaco del pas porque mantiene su decisin de que Petrleos Mexicanos tenga paradas e improductivas sus plantas de Salamanca, Guanajuato y Camargo, Chihuahua. Pemex slo produce amoniaco en el Complejo Petroqumico Cosoleacaque (Pecosa), Veracruz, y le vende el amoniaco a unas cuantas empresas.

El precio en que la paraestatal despacha la tonelada de amoniaco es de 298 dlares, al consumidor final llega a 830 dlares la tonelada. En 2001, en la administracin de Vicente Fox, en la iniciativa de la Ley de Ingresos plante un impuesto especial sobre produccin y servicios (IEPS) arriba de 60 por ciento al gas natural para la elaboracin de amoniaco. En 2002 public un decreto para que a la industria petroqumica se le cobre 2.5 veces ms la tarifa elctrica que a cualquier otra industria y al mismo tiempo no permite que Pemex portee la energa que produce en el sureste para abatir el costo de los fertilizantes. En 2008 Pemex Petroqumica remat plantas en desuso que producan amoniaco, pero se encontraban en buenas condiciones, mediante un proceso de licitacin. La planta de Amoniaco III fue vendida en siete millones de dlares a la empresa Ciclo Aceros SA de CV. Las plantas de amoniaco IV y V, adems de la planta de xido de etileno de Pajaritos, en el mismo estado, estn en lo que llaman proceso de baja. La planta nueva de Camargo se vende como chatarra a la empresa Kalischatarra, propiedad de Samuel Kalisch, empresario panista. Dentro de la propuesta de la reforma energtica se orden subsidiar el precio del gas para producir amoniaco y reactivar toda la cadena de fertilizantes. El precio internacional del amoniaco se ha triplicado al pasar de 250 a 800 dlares la tonelada en el periodo 2004-2008, con lo que representa uno de los productos mejor vendidos. 4. Qumica del amonaco A partir del amonaco se pueden obtener varios productos importantes en la industria petroqumica. Algunos de ellos son: Acrilonitrilo Caprolactama Aminas (primara, secundaria y terciaria) Urea Acido ntrico 5. Describe las reacciones y sus mecanismos que llevan a formar cada uno de los productos anteriores a partir de NH3 Acrilonitrilo Despus del polipropileno, el derivado ms importante es el acrilonitrilo (AN), que al igual que el propileno, es un monmero de partida para la obtencin de homo y copolmeros, empleados como materias primas en la fabricacin de fibras, plsticos y cauchos. Tambin se emplea como producto intermedio para la obtencin del adiponitrilo (por electrohidrodimerizacin), la acrilamida (la poliacrilamida se emplea como floculante, agente de flotacin de minerales y en pinturas), colorantes y productos farmacuticos. FABRICACION Los antiguos procesos de obtencin empleaban como materia prima compuestos de dos tomos de carbono como el xido de etileno, el acetileno o el acetaldehdo, que por reaccin con el HCN producen el acetonitrilo o un precursor suyo:

Caprolactama La ruta clsica para obtener caprolactama es a partir de ciclohexano, que se oxida para obtener ciclohexanona. Este compuesto se hace reaccionar con hidroxilamina para obtener la oxima, que despus se transpone al tratarla con cido (rearreglo de Beckmann).

Aminas Una reaccin muy importante de las aminas es la que tiene lugar con el cido nitroso. A tal proceso se le denomina nitrosacin. El cido nitroso se descompone en medio cido, dando lugar al catin nitrosilo, fuertemente electrfilo.

Dependiendo de si la amina es primaria, secundaria o terciaria, la sal de N-nitrosoamonio evoluciona de manera diferente. a) Aminas primarias Los dos hidrgenos de la amina primaria permiten la eliminacin de una molcula de agua. As se obteniene una sal de diazoniomuy reactiva, que pierde nitrgeno con facilidad, dando lugar a un carbocatin que reaccionar con cualquier nuclefilo que exista en el medio. Las sales de diazonio alifticas son muy inestables, incluso a baja temperatura, y se descomponen rpidamente. El carbocatin resultante reacciona de forma descontrolada con los nuclefilos presentes en el medio (agua y cloruro) produciendo una mezcla de alcoholes, cloruros de alquilo y tambin alquenos por eliminacin. b) Aminas secundarias La presencia de un slo hidrgeno sobre la amina hace que la reaccin se detenga en la Nnitrosoamina. Las N-nitrosoaminas son muy peligrosas porque est demostrado que son agentes cancergenos muy potentes. Los nitritos son agentes conservantes de carnes y embutidos muy comunes, que evitan la proliferacin de microorganismos que producen toxinas botulnicas, mortales para el ser humano. LasN-nitrosoaminas pueden producirse por una sobrecoccin de los alimentos.

c) Aminas terciarias Las aminas terciarias no tienen ningn hidrgeno sobre el nitrgeno y la sal de N-nitrosoamonio no puede evolucionar. Sin embargo, se descomponen con facilidad. La reaccin no tiene utilidad sinttica. Urea La sntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amonaco (NH3) lquido y anhdrido carbnico (CO2) gaseoso. La reaccin se verifica en 2 pasos. En el primer paso, los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio y, en la segunda etapa, el carbamato se deshidrata para formar urea. Surge un problema dado que las velocidades de las reacciones son diferentes. La priera etapa es mucho ms rpida que la segunda, con lo cual el carbamato intermedio se acumula. Adems, la primera reaccin no se verifica por completo, por lo que tambin quedan amonaco y dixido libres. En adicin a esto, debe mencionarse que el carbamato es un producto altamente corrosivo, por lo cul lo que se hace es degradar la parte de carbamato no convertida a urea en sus reactivos de origen, y luego volver a formarlo.

Vemos que la primera reaccin es exotrmica, y la segunda es endotrmica. Un problema del proceso es que en el segundo paso de la reaccin, se forma un producto llamado biuret, que resulta de la unin de dos molculas de urea con prdida de una molcula de amonaco. Este producto es indeseable por ser un txico. Por esta razn es necesaria su eliminacin. cido Ntrico El cido ntrico se prepara industrialmente por oxidacin cataltica del amonaco a alta temperatura con exceso de aire. El procedimiento fue desarrollado en 1902 por el qumico alemn Wilhem Ostwald (1853-1932), quien recibi el premio Nobel en 1909 por su trabajo sobre la importancia de la catlisis en las reacciones qumicas. En el proceso Ostwald, se utilizan altas temperaturas y

catalizadores de platino para convertir amonaco en cido ntrico. Este proceso consiste en tres reacciones exotrmicas: 1. Oxidacin cataltica de NH3(g) a NO(g): 4 NH3(g) + 5 O2(g) (Pt; 850C) 4 NO(g) + 6 H2O(g) Es un proceso exotrmico (H = -292.5 kJ/mol). Se lleva a cabo en presencia de un catalizador a temperaturas entre 820-950 C y a presiones de 1-12 bar. Esta reaccin es uno de los procesos catalticos ms eficaces industrialmente hablando. Es una reaccin extremadamente rpida (1011 s) y con una alta selectividad. Los rendimientos son: Presin de trabajo (bar) 1 5 8-10 94-98 95-96 94 % Rto

El contenido de NH3 de la mezcla debe mantenerse bajo debido al riesgo de explosin, que llega a ser peligroso cuando el porcentaje en volumen de NH3 en la mezcla supera el 15.5 %. El catalizador empleado en la reaccin es una aleacin de Pt que contiene Rh o Pd: Pt/Rh (90:10) o Pt/Rh/Pd (90:5:5). En las condiciones de trabajo pierde entre un 0.05-0.45 g/tn de HNO3 de Pt, en forma de PtO2. Debido al elevado coste del Pt este metal debe ser recuperado por absorcin. Puede llegar a recuperarse hasta el 80% de las prdidas en forma de xido. 2. Oxidacin del NO(g) a NO2(g): El gas que se obtiene de la primera reaccin de oxidacin cataltica y que contiene entre un 10-12% de NO, se enfra, y el calor que se genera se emplea para calentar agua. El gas enfriado se hace reaccionar con oxgeno atmosfrico para producir NO2: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) H = -56 KJ/mol Esta reaccin se favorece a bajas temperaturas y a elevadas presiones, condiciones que tambin favorecen la dimerizacin del NO2: 2 NO2 N2O4 H = -57 kJ mol-1. 3. Desproporcin del NO2(g) en agua: 3 NO2(g) + H2O(l) 2 HNO3(ac) + NO(g) H = -73 kJmol-1 El NO(g) procedente de esta reaccin se recicla para formar ms NO2(g). El cido ntrico obtenido por el proceso Ostwald suele tener una riqueza del 60% y resulta as adecuado para los procesos industriales como la sntesis de fertilizantes, como el NH4NO3. Sin embargo, si se requiere emplear HNO3 para reacciones de nitracin de compuestos orgnicos, se precisan concentraciones ms elevadas, del orden del 98 al 99 %. Debido a que el HNO3 forma un azetropo con el agua al 68.8%, no es posible eliminar el agua por destilacin. El cido ntrico

concentrado debe obtenerse por un mtodo directo (variacin del proceso normal de sntesis del HNO3) o indirecto, que emplea cido sulfrico para eliminar el agua. Este mtodo es conocido como la destilacin extractiva.

Simulaciones IndividualesLuis Alfredo Gonzlez Escamilla Simulacin individual Produccion de Cetena apartir de Acetona Introduccin Una cetena es un compuesto orgnico de la forma R2C=C=O. Hermann Staudinger fue el pionero del estudio de las cetenas. La palabra cetena tambin puede referirse a la etenona, la cetena ms simple, en la cual las dos R son tomos de hidrgeno. Propiedades La etenona es incolora y tiene un fuerte olor. La exposicin a niveles concentrados de etenona produce irritacin en determinadas partes del cuerpo tales como los ojos, la nariz, la garganta y los pulmones. Tambin se ha detectado edema pulmonar si esta exposicin se produce durante largos periodos de tiempo. Tiene un punto de fusin de -150.5 C y un punto de ebullicin de -56.1 C. Formacin Las cetenas pueden ser producidas a partir de cloruros de acilo mediante una reaccin de eliminacin en la cual se pierde el HCl.

Una base, generalmente la trietilamina, elimina el protn cido alfa del grupo carbonilo, induciendo la formacin del enlace doble carbono-carbono y la prdida del ion cloro. Tambin se generan cetenas mediante la reaccin de Wolff a partir de -diazocetonas. El cido fenilactico en presencia de una base perder agua para producir fenilcetena debido a la alta acidez del protn alfa. Metodo Empleado La etenona (CH2=C=O) puede producirse en el laboratorio por pirlisis de vapor de acetona: CH3COCH3 + CH2=C=O + CH4 Reacciones Las cetenas son muy reactivas, y tienden a unirse a otras molculas en forma de grupo acetilo. Pueden reaccionar consigo mismas para formar dmeros cclicos conocidos como dicetenas (oxetanonas). Tambin puede ser objeto de reacciones de cicloadicin [2+2] con alquinos ricos en electrones para formar ciclobutenonas. Las reacciones entre dioles (HO-R-OH) y bis-cetenas (O=C=CH-R'-CH=C=O) producen polisteres con una unidad de repeticin de (-O-R-O-CO-R'-CO-). La etenona reacciona con el cido actico para formar anhdrido actico.

Tabla de Datos de los equipos Unidad M1 R1 SEP1 SEP Subrutina RSTOIQ RSTOIQ FLASH2 FLASH2 T (C) 600 600 -90 -30 P(atm) 0 1 1 1

Esquema de la Produccin de Cetena

GDR SEP1 R1 S2 S1 S3 SEP2 PRODUCTO

M1 CARGA

S4

Heat and Material Balance Table Stream ID From To Phase Substream: MIXED Mole Flow ACET O-01 KETE N-01 MET HA-01 E THYL-01 CARBO-01 Total Flow Total Flow Total Flow Temperature Pressure Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Enthalpy Enthalpy Enthalpy Entropy Entropy Density Density Average MW Liq Vol 60F cuft/hr Btu/lbmol Btu/lb Btu/hr Btu/lbmol-R Btu/lb-R lbmol/cuft lb/cuft lbmol/hr lb/hr cuft/hr F psia lbmol/hr 275. 1981 0.0 0.0 0.0 0.0 275. 1981 15983. 51 3. 15565E+5 1112. 000 14.69595 1. 000000 0.0 0.0 -63671. 77 -1096. 276 -1.7522E +7 -23.19300 -. 3993283 8. 72079E-4 . 0506504 58.08004 326. 1937 8. 65077E-3 16. 57144 256. 2102 12. 46462 54. 15848 339. 4134 6674. 119 80912. 27 -130. 0000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -33634. 36 -1710. 481 -1.1416E +7 -14. 00343 -. 7121467 4. 19483E-3 . 0824858 19. 66369 300. 1133 2. 288253 201. 7444 16. 69086 14. 82540 . 4217381 235. 9706 9309. 175 73989. 91 -22. 00000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -20396. 27 -517. 0082 -4.8129E +6 -3. 172043 -. 0804055 3. 18923E-3 . 1258168 39. 45057 243. 4951 1091. 604 432. 4944 . 5152549 3. 549305 2. 62129E-3 1528. 166 81689. 22 3. 17592E+5 99. 37356 14. 69595 . 5182842 . 4817158 0.0 -78013. 03 -1459. 395 -1.1922E +8 -45. 97028 -. 8599693 4. 81172E-3 . 2572140 53. 45573 1740. 729 818. 7032 650. 8152 273. 4163 30. 83941 54. 58283 1828. 357 81689. 22 2. 09787E+6 1112. 000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -33339. 54 -746. 2011 -6.0957E +7 -2. 037604 -. 0456053 8. 71530E-4 . 0389391 44. 67903 1958. 149 818. 6945 634. 2438 17. 20613 18. 37479 . 4243595 1488. 944 75015. 10 1388. 844 -130. 0000 14. 69595 0.0 1. 000000 0.0 -74991. 08 -1488. 467 -1.1166E +8 -58. 32746 -1. 157718 1. 072074 54. 01261 50. 38142 1658. 036 816. 4062 432. 4944 . 5152549 3. 549305 2. 62129E-3 1252. 968 65705. 70 1294. 053 -22. 00000 14. 69595 0.0 1. 000000 0.0 -81162. 90 -1547. 727 -1.0169E +8 -58. 27482 -1. 111265 . 9682508 50. 77513 52. 44006 1414. 535 M1 VAPOR VAPOR VAPOR CARGA GDR SEP1 PRODUCTO SEP2 S1 M1 R1 MIXED S2 R1 SEP1 VAPOR S3 SEP1 SEP2 LIQUID S4 SEP2 M1 LIQUID

Tabla de Resultados de la simulacin (Gasto de cada una de las corrientes).

He a t a nd M a t e ri a l B a la nc e T a bl e St re a m ID From To Pha se Substre a m : M IX ED M ole Fl ow A CE T O-01 K ET E N-01 M E T HA-01 E THY L -01 C ARB O-01 T ot a l Fl ow T ot a l Fl ow T ot a l Fl ow T e m pe ra ture Pre ssure Va por Fra c L i qui d Fra c Sol id Fra c E nt ha l py E nt ha l py E nt ha l py E nt ropy E nt ropy De nsi ty De nsi ty Ave ra ge MW L i q Vol 60F c uft/ hr Bt u/ lbm ol Bt u/ lb Bt u/ hr Bt u/ lbm ol -R Bt u/ lb-R l bmol / c uft l b/c uft l bmol / hr l b/hr c uft/ hr F psia l bmol / hr 275. 1981 3. 91072E-4 0.0 0.0 0.0 0.0 275. 1981 15983. 51 3. 15565E +5 1112. 000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -63671. 77 -1096. 276 -23. 19300 -. 3993283 . 0506504 58. 08004 326. 1937 2. 864093 242. 7067 5. 536605 53. 89172 304. 9995 5678. 958 64640. 25 -166. 0000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -35626. 40 -1913. 385 -15. 40071 -. 8271249 . 0878548 18. 61956 264. 8935 2. 704959 215. 1277 29. 78539 21. 71260 . 6066900 269. 9373 10304. 44 -22. 00000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -20120. 34 -527. 0766 -3. 909677 -. 1024187 . 1216160 38. 17346 278. 3919 1089. 968 387. 7876 . 7687820 4. 355283 3. 14332E -3 1482. 883 79741. 54 102. 8131 14. 69595 . 5205598 . 4794402 0.0 -79390. 80 -1476. 361 -46. 88609 -. 8718993 . 2561916 53. 77466 1694. 455 817. 4762 605. 7813 273. 2609 31. 60449 54. 50156 1782. 624 79741. 54 1112. 000 14. 69595 1. 000000 0.0 0.0 -34030. 33 -760. 7490 -2. 555605 -. 0571306 . 0389859 44. 73267 1911. 549 817. 4758 602. 9172 30. 55417 26. 06789 1477. 625 74062. 59 1345. 533 -166. 0000 14. 69595 0.0 1. 000000 0.0 -75822. 86 -1512. 744 -61. 03549 -1. 217721 1. 098171 55. 04330 50. 12272 1646. 656 814. 7702 387. 7876 . 7687820 4. 355283 1207. 685 63758. 03 1252. 805 -22. 00000 14. 69595 0.0 1. 000000 0.0 -82972. 73 -1571. 644 -59. 67556 -1. 130356 . 9639849 50. 89222 52. 79359 1368. 261 M1 VA POR VA POR VA POR CA RGA GD R SEP1 PRO DUC T O S1 SEP2 M1 R1 M IX ED S2 R1 SE P1 VA POR S3 SE P1 SE P2 LIQU ID S4 SEP2 M1 L IQU ID

. 6098334 3. 14332E -3

84729. 34 3. 11257E +5 2. 04539E +6

-1.7522E +7 -1.0866E +7 -5.4312E +6

-1.1773E +8 -6.0663E +7 - 1.1204E +8 -1.0020E +8

8. 72079E-4 4. 71842E-3 3. 18588E -3

4. 76417E -3 8. 71533E -4

Erick Israel Meneses Domnguez Simulacin individual Produccion Industrial de Cloruro de Vinilo Sntesis del Cloruro de Vinilo El CV (CH2 = CHCl), es una sustancia gaseosa muy txica que se utilizada como monmero para la fabricacin del plstico PVC (-CH2-CHCl-) n. Caminos de Reaccin 1- Cloracin Directa: CH2=CH2 + Cl2 C2H3Cl + HCl Reaccin espontnea a T > 200C, poco rendimiento, produce mucho dicloroetileno (ClCH2CH2Cl) y HCl. 2- Hidrocloracin del Acetileno: CH2=CH2 + HCl CH2=CHCl Reaccin exotrmica, conversin alta (98%) a 150C en presencia del catalizador cloruro de mercurio (HgCl2), impregnado en carbn activado. Obtencin de cloruro de vinilo La obtencin y fabricacin de cloruro de vinilo monmero por va petroqumica se realiza por cracking trmico del dicloroetano. Las materias primas utilizadas en su fabricacin son: el cloro, suministrado por tubera, desde la unidad electroltica del Complejo. El etileno, suministrado por Repsol desde su refinera en Tarragona, a travs de una tubera enterrada a un metro de profundidad, de 90 Km. de longitud. El oxgeno, suministrado por tubera desde la vecina planta de licuacin de aire de la sociedad Air Liquide, ubicada a 2 Km. de la instalacin. El proceso La fabricacin de cloruro de vinilo monmero (VC) en Solvay Martorell consta de tres unidades fundamentales: la Unidad de Cloracin del etileno, donde se mezcla el cloro y el etileno, producindose una reaccin espontnea y exotrmica, y obtenindose el 1,2 dicloroetano la Unidad de Pirlisis del dicloroetano, en la que se produce el craking de la molcula, formndose una molcula de cloruro de vinilo y otra de cloruro de hidrgeno. La Unidad de Oxicloracin, en la que el cloruro de hidrgeno formado en la pirlisis, se hace reaccionar con etileno y oxgeno, obtenindose de nuevo 1,2 - dicloroetano para el proceso. UTEL

Las unidades de recuperacin de gases y lquidos Estas dos Unidades tienen por objeto pirolizar y oxidar los efluentes gaseosos y los subproductos lquidos orgnicos generados en el proceso, con el fin de recuperar cido clorhdrico para

consumo interno y vapor de agua a alta presin, cumplindose as con uno de los principios bsicos en materia medioambiental: la recuperacin en origen de subproductos, evitando la generacin de residuos. Obtencin de PVC La reaccin de polimerizacin del cloruro de vinilo se desarrolla mediante la unin de millares de unidades monomricas en una cadena. El PVC producido en Solvay Martorell se obtiene por polimerizacin en suspensin. El medio reaccionante de la polimerizacin contiene agua, monmero, un iniciador y un agente dispersante. La reaccin de polimerizacin se desarrolla en cada gota de VC, que se transforma en un grano de PVC. Finalmente la obtencin de una suspensin de granos de PVC en agua, se separa el agua por centrifugacin, y se seca el PVC en lechos fluidificados y posteriormente se enva a los silos o se paletiza para su posterior expedicin.

Aplicaciones El cloruro de vinilo se emplea en su casi totalidad (96-98%) para la fabricacin de cloruro de polivinilo o polivinilcloruro (PVC). El restante 2-4% se emplea en la sntesis de hidrocarburos clorados especficos, como el 1,1,1-tricloroetano; el 1,1,2-tricloroetano, y el cloruro de vinilideno. A nivel industrial, se usa el cloruro de vinilo para la produccin de polmeros (ATRI, 1985). Aproximadamente el 25% de la produccin mundial de cloro se utiliza para la produccin de cloruro de vinilo Simulacin del proceso en el programa ASPEN.

C2H3CL REA

C2H2 MEZ

HCL

1

Tabla de Resultados de la simulacin (Gasto de cada una de las corrientes).Heat and M aterial B alance Table S tream ID F rom To Phase S ubstream: M IXED M Flow ole AC Y-01 ET HYDR O-01 VINYL-01 Total Flow Total Flow Total Flow Temperature Pressure Vapor F rac Liquid F rac S F olid rac Enthalpy Enthalpy Enthalpy Entropy Entropy Density Density Average M W Liq Vol 60F cuft/hr B tu/lbmol B tu/lb B tu/hr B tu/lbmol-R B tu/lb-R lbmol/cuft lb/cuft lbmol/hr lb/hr cuft/hr F psia lbmol/hr 31.49717 22.07003 0.0 53.56720 1624.807 20499.78 67.99425 14.69595 1.000000 0.0 0.0 41234.52 1359.434 2.20882E +6 10.40723 .3431092 2.61306E -3 .0792597 30.33212 61.67426 31.49717 0.0 0.0 31.49717 820.1196 12048.47 68.00000 14.69595 1.000000 0.0 0.0 97992.14 3763.445 3.08648E +6 13.83081 .5311805 2.61421E -3 .0680683 26.03788 42.74008 0.0 0.0 25.99753 25.99753 1624.807 11052.48 392.0000 21.33501 1.000000 0.0 0.0 16959.45 271.3576 4.40904E +5 -4.676156 -.0748202 2.35219E -3 .1470084 62.49852 28.82750 0.0 22.07003 0.0 22.07003 804.6873 8451.255 68.00000 14.69595 1.000000 0.0 0.0 -39766.96 -1090.682 -8.7766E+5 2.255444 .0618597 2.61145E -3 .0952151 36.46064 18.93418 1 M EZ RE A VAPOR M EZ VAPOR VAPOR C 2H2 C 2H3CL RA E M EZ VAPOR HC L

Eduardo Morales Coutio Simulacin individual Produccin de cido Tereftlico El cido tereftlico es un cido dicarboxlico aromtico cuya frmula molecular es C8H6O4. El cido tereftlico es el producto intermedio principal en el mtodo de produccin de resina de tereftalato de polietileno (PET) para la fabricacin de envases, como por ejemplo botellas, envases de alimentos y lminas, y tambin fibras sintticas de PET. El cido tereftlico es producido por la reaccin de p -xileno de oxgeno.

Es la materia prima para fibras de polister como Dacron o Teryleno y para la resina de moldeo tereftalato de polibutileno. La reaccin se lleva a cabo usando cido actico como disolvente y un catalizador compuesto de cobalto y manganeso, sales. El rendimiento es casi cuantitativo. Tabla de Datos de los equipos Unidad B1 B2 B6 B4 B7 Reacciones4 +6HNO3 + 7H20 + 3N2O 60%

Subrutina RSTOIQ RSTOIQ FLASH2 FLASH2 FLASH2

T (C) 130 200 90 130I 90

P(kg/cm2) 20 20 1,01972 1,01972 1,01972

P-Xileno

cido p.Toluico

COOH

4

+ HNO 3

4

+ 8H20 + 8NO

90%

COOH

cido p.Toluico

cido Tereftlico

Esquema de la Produccin de cido Tereftlico Tabla de Resultados de la simulacin (Gasto de cada una de las corrientes).

Ob ten ci n d e Acid o Ter ef talico Str eam I D Temp eratu r e F Pr essu re Vap o r Fr ac Mo le Flo w Mass Flo w En th alp y Mo le Flo w C8 H1 0 - 0 1 C8 H8 O - 0 1 HNO 3 C8 H6 O - 0 1 N2 O NO H2 O 3 9 .0 7 1 1 1 0 .2 0 9 lb m o l/h r lb /h r MMBtu /h r lb m o l/h r 7 3 .3 7 1 1 1 .8 3 3 0 .0 4 8 3 3 .1 9 5 tr ace 3 5 .9 3 1 0 .2 3 4 8 0 .4 0 2 tr ace 3 9 .1 2 9 4 .2 9 9 6 .2 4 4 2 .2 6 8 0 .2 5 0 0 .0 0 2 2 .4 4 7 3 .2 9 6 0 .0 2 4 9 .9 2 3 4 5 .9 7 9 p sia F1 2 6 6 .0 2 8 4 .4 7 0 .0 0 0 7 3 .3 7 1 7 7 8 9 .6 5 9 1 6 3 .5 1 1 - 0 .1 0 2 B1 2 6 6 .0 2 8 4 .4 7 0 .0 0 0 1 1 0 .2 0 9 6 9 4 4 .5 6 1 8 9 .4 8 1 - 7 .8 4 3 B2 3 9 2 .0 2 8 4 .4 7 1 .0 0 0 3 9 .0 7 1 1 7 1 9 .6 0 6 1 2 3 3 .4 0 6 1 .4 9 6 H2 0 - N2 0 1 9 4 .0 1 4 .7 0 1 .0 0 0 1 6 1 .6 4 4 6 3 9 1 .5 1 0 7 6 3 0 5 .8 9 7 - 8 .7 0 5 H2 0 - NO 1 9 4 .0 1 4 .7 0 1 .0 0 0 5 2 .9 9 2 2 3 1 6 .8 7 9 2 5 1 8 2 .9 5 5 0 .9 8 5 PROD UCTO 1 9 4 .0 1 4 .7 0 0 .0 0 0 6 0 .8 6 9 7 7 4 5 .4 4 7 1 1 3 .8 5 5 - 8 .7 9 6

Vo lu me Flo w cu ft/h r

Nicols Ramos Melndez Simulacin individual Obtencin del Ciclohexano por Hidrogenacin del Benceno Fuente consultada como base del proceso: Problemas de Balance de Materia y Energa, Demetrio Chvez, ESIQIE. Balances de materia con reaccin Qumica. Proceso mejorado para la produccin de ciclohexano: ROBERTO RODRIGUEZ VELEZ; Av Eje Central Lzaro Cardenas152, San Bartolo Atepehuacan, 07730, Benito Jurez, Distrito Federal, Instituto Mexicano del Petrleo.

Un proceso mejorado para la produccin de cic1ohexano, que comprende hidrogenar benceno en un reactor, en presencia de un catalizador fluido a base de nquel-aluminio en forma de compuestos rgano metlicos disueltos en benceno, a temperaturas mayores que la ambiente y presiones superiores a la atmosfrico, caracterizado por someter la carga de reaccin constituida por una mezcla de hidrgeno, benceno y catalizador, a enfriamiento externo recirculndolo en Intercambiadores de calor enfriados con agua; aplicar a la carga de flujo velocidades elevadas, dentro de la escala de 0.7 a 3.0 m/seg., con valores de recirculacin de carga reaccionante, de 100,000 a 250,000 barriles/da, y alcanzar un flujo turbulento para dar lugar un contacto completo entre reaccionantes y catalizador, lo que permite obtener ciclohexano con valores de conversin de 98 a 100%. Condiciones de operacin y datos bsicos de entrada: Componente C6 H6 H2 Total Kg/hr 24 74.3 100 CONVER MEZ COND REQUIL MIXER FLASH 2 Unidad Subrutina T (C) 25 100 25 P(Kgf/cm2) 1 40 5

Desde el punto de vista quimico la reaccin fue: C6 H6 + 3H2 C6 H12 Para la estimacin de propiedades utilic el tipo de proceso: PETROCH Y la ecuacin de RKSOAVE.

Nota: Para aseguraruna conversin del 100% de benceno en ciclohexano se alimento en exceso el hidrgeno, en el proceso industrial, la corriente gaseosa (V) se recircula a la carga (en F1) para reutilizar el hidrgeno no reaccionado. Nota: En el condensador (FLASH2) fue importante tomar en cuenta las temperaturas de licuefaccin del ciclohexano y del hidrgeno. El C6 H6 es lquido de 7-81 C, mientras que el hidrgeno solo se licua a menos de -253C.V

COND F4

CONVER

F5

F1

MEZ

P

F3 F2

Figura 2. Diagrama de flujo de la produccin de Ciclohexano a partir de la Hidrogenacin del Benceno en ASPEN PLUS. Enseguida se muestra la tabla de resultados, en donde se resaltan en azul los valores de cada una de las corrientes. Tabla 2. Correspondencia de cada corriente: F1 F2 F3 F4 F5 P V Hidrgeno Benceno Mezcla Benceno-hidrgeno Mezcla gaseosa Hidrgeno-ciclohexano Mezcla gaseosa hidrgeno-ciclohexano Producto Ciclohexano lquido Hidrgeno sin reaccionar

Tabla 3. Resultados de la simulacin (Gasto de cada una de las corrientes).

Obt encin del cicl ohexano a part ir del benceno. St ream ID From To Phase Substream : MIXED Mole Flow HYDROGE N CHEXANO BENZ ENE Tot al Flow Tot al Flow Tot al Flow Tem perature Pressure Vapor Frac Li quid Frac Solid Frac Ent hal py Ent hal py Ent hal py Ent ropy Ent ropy Density Density Average MW Li q Vol 60F l/m in cal /mol cal /gm cal /sec cal /mol-K cal /gm -K m ol/cc gm /cc km ol/hr kg/ hr l/m in K at m km ol/hr 440. 9389 0.0 0.0 440. 9389 888. 8800 1. 79942E+5 298. 1500 . 9997799 1. 000000 0.0 0.0 . 2726208 . 1352366 33. 39142 1. 48542E-4 7. 36862E-5 4. 08410E-5 8. 23305E-5 2. 015880 393. 5953 0.0 0.0 110. 9495 110. 9495 8666. 670 298. 1500 . 9997799 0.0 1. 000000 0.0 11784. 53 150. 8640 -60. 15262 -. 7700655 . 0111641 . 8720734 78. 11364 163. 6674 440. 9389 0.0 110. 9495 551. 8885 9555. 550 274. 6399 . 9997799 . 8308801 . 1691199 0.0 2369. 335 136. 8428 -11. 99155 -. 6925816 5. 33217E-5 9. 23227E-4 17. 31428 557. 2627 105. 9922 5. 231679 0.0 111. 2239 653. 9723 1497. 216 373. 1500 38. 71364 1. 000000 0.0 0.0 -781. 3569 -132. 8887 -24140. 43 -10. 97130 -1. 865937 1. 23812E-3 7. 27987E-3 5. 879784 104. 0015 2. 098235 105. 7178 0.0 107. 8161 8901. 578 214. 9112 373. 1500 38. 71364 0.0 1. 000000 0.0 -33584. 59 -406. 7771 -1.0058E +6 -135. 2086 -1. 637649 8. 36129E-3 . 6903298 82. 56263 191. 6135 . 0266073 110. 9495 0.0 110. 9761 9337. 706 158. 2485 20. 28000 . 9997799 0.0 1. 000000 0.0 -44777. 91 -532. 1734 -1.3804E +6 -220. 4716 -2. 620246 . 0116879 . 9834433 84. 14159 199. 1541 108. 0638 1. 0869E-11 0.0 108. 0638 217. 8437 2581. 537 20. 28000 . 9997799 1. 000000 0.0 0.0 -1868. 423 -926. 8523 -56085. 81 70. 14907 34. 79824 6. 97671E-4 1. 40642E-3 2. 015880 96. 46100 MEZ2 VAPOR MEZ2 LIQUID F1 F2 F3 MEZ2 B3 MIXED F4 B3 COND VAPOR F5 B3 COND LIQUID LIQUID VAPOR P COND V COND

165. 6334 1. 72503E+5

3. 63191E+5 3. 63225E+5