2.
Antecedentes
El cloroformo fue sintetizado de forma independiente por dos grupos en 1831: Liebig llevó a cabo la escisión alcalina de cloral, mientras que Soubeirain obtuvo el compuesto por la acción de blanqueador de cloro tanto sobre el etanol y la acetona En 183!, "umas preparó la sustancia mediante la escisión alcalina de #cido tricloroac$tico %egnault preparó cloroformo por cloración de monoclorometano En la d$cada de 18!&, el cloroformo se produc'a comercialmente mediante el procedimiento de Liebig, que conservó su importancia (asta la d$cada de 1)*& +oy en d'a, el cloroformo -unto con el diclorometano se prepara e.clusivamente y de forma masiva mediante la cloración de metano y monoclorometano 2.1 2.1
Carac racterí terísstic ticas de del com compuesto
El clorof cloroform ormoo es un l'quid l'quidoo incolo incoloro ro con olor olor dulce dulce caract caracter' er'sti stico co,, muy vol#ti vol#til l /eneralmente contiene peque0os porcenta-es 12! 4 de etanol como estabilizador Es ligeramente soluble en agua y con densidad mayor que $sta Es no inflamable, pero productos de su o.idación, como el fosgeno, son muy peligrosos Es peligroso por in(alación e ingestión 2.1.1 2.1.1
Propi Propieda edades des físicas físicas y termodi termodinámi námicas cas
5abla 61 7ropiedades 'sicas 7unto de usión 7unto de Ebullición "ensidad "ensidad de vapor =ndice de refracción 5emperatura de auto ignición >iscosidad 5ensión 5ensión superficial respecto al aire 5ensión 5ensión superficial respecto al agua
2*3! o9 *16* o9 *& mm de +g4 1;8; g
5abla 66 7ropiedades 5ermodin#micas 9apacidad 9alor'fica 5emperatura critica 7resión critica >olumen >o lumen critico criti co 9onductividad t$rmica 9onstante diel$ctrica 9alor de combustión 9alor de formación 9alor latente de evaporización 7resión de vapor
&)) ?@
2.1.2
Propiedades químicas
Los productos de descomposición del cloroformo son: fosgeno, cloruro de (idrógeno, cloro y ó.idos de carbono y cloro 5odos ellos corrosivos y muy tó.icos El cloroformo reacciona violentamente con:
Dcetona en medios muy b#sicos, luor, tetró.ido de dinitrógeno, metales como aluminio, magnesio, sodio, litio y potasio, sodio en metanol, metó.ido de sodio, nitrometano, isopropilfosfina y derivados alquilados de aluminio
Es o.idado por reactivos como #cido crómico, formando fosgeno y cloro Se descompone a temperatura ambiente por acción de la luz del sol en ausencia de aire y en la oscuridad en presencia de este ltimo, siendo uno de los productos de esta descomposición el fosgeno, el cual es muy tó.ico 2.1.3
Toxicidad
7eligroso en caso de contacto cut#neo irritante4, de la ingestión, por in(alación Ligeramente peligroso en caso de contacto con la piel Fbservaciones especiales sobre efectos crónicos en los (umanos: 7uede afectar el material gen$tico posible mutangen4 y causar adversos efectos en la reproducción embrioto.icidad y fetoto.icidad4 sospec(a que es carcinógeno tumorig$nico4 y teratógeno sobre la base de datos en animales +umanos: atraviesa la barrera placentaria, detectado en la lec(e materna 2.1.4
Medidas de seuridad e !iiene para su mane"o
El uso de este producto debe (acerse en un #rea bien ventilada, evitando respirar los vapores y el contacto con la piel 7or ello deben utilizarse bata, lentes de seguridad y guantes durante su mane-o Go deben usarse lentes de contacto al traba-ar con este producto 7ara trasvasar peque0as cantidades debe usarse propipeta, GHG9D DS7I%D% 9FG LD JF9D 2.2
#escripci$n de procesos industriales para su ela%oraci$n.
661 C$todo de Liebig Es el m$todo de fabricación inicial, fue planteado por el qu'mico @ustus >on Liebig, dic(o proceso de fabricación consiste en el tratamiento a base de cal clorada o (ipoclorito de sodio, de etanol o acetona, este m$todo sigue siendo el principal proceso utilizado a nivel industrial
igura 1 Fbtención de 9loroformo a partir de etanol
igura 6 Fbtención de 9loroformo a partir de acetona C$todo por cloración de Cetano
C$todo de reducción de 5etracloruro de carbono 7rocedimiento para la fabricación de cloroformo por (idrogenolisis catal'tica de tetracloruro de carbono en fase l'quida, caracterizado porque se (ace reaccionar tetracloruro de carbono en fase l'quida con (idrógeno gaseoso o un gas conteniendo (idrógeno molecular, a presión inferior a 8&&& ?7a y temperatura inferior a 6!& K9
2.3
Análisis a escala de producci$n mundial
La importancia relativa de los cuatro derivados clorados del metano se puede establecer, por e-emplo, por la producción de los EEHH 5abla 134, resulta pues que para 1) las proporciones en el mercado son de un ;1 para 99l ;, 63 para 9+ 69l6, 61 para 9+39l y 1! para 9+9l 3 Estas proporciones pueden ser validas en principio para otros pa'ses En la %epblica ederal Dlemana no se conoce el detalle de la producción de cada uno de ellos, pero en total y en 1)* se obtuvieron 381,&&& toneladas de metanos clorados 5abla 63 7roducción de clorometanos en los EEHH en miles de toneladas4 9+39l 9+69l6 9+9l3 99l;
1)! 1** 66* 11) ;11
1)* 1*) 6;; 136 38!
1) 18 61& 13 3**
5abla 6; 7roducción industrial mundial de disolventes clorados "isolvente 9lorometano "iclorometano 9loroformo 5etracloruro de carbono
5oneladas a0o 21 !3&,&&& !1!,&&& 36!,&&& !!,&&&
D0o de estimación 1)83 1)83 1)83 1)83
Si tomamos como base las toneladas al a0o producidas en el a0o de 1)83 a nivel mundial, estamos (ablando de 36!,&&& toneladas
3
7ropuesta del dise0o preliminar
31
S'ntesis de los caminos de reacción
311 Dlternativas de reacción 3111 Dlternativa I Fbtención de cloroformo v'a cloración de metano
C H 4 + Cl 2 ↔ C H 3 Cl + HCl
C H 3 Cl + Cl 2 ↔ C H 2 C l 2 + HCl
C H 2 C l 2+ C l2 ↔CHC l 3+ HCl
CHC l 3 + C l 2 ↔ C C l 4 + HCl
31111
Dn#lisis de sensibilidad para %eactor en Equilibrio
5emperatura 9onversión igura 31 /rafica de 5emperatura 9onversión para el reactor en equilibrio a
1& bar En la figura 31 se observa que la conversión m#.ima lograda es de 3& a los 1&& o9, para despu$s comenzar a disminuir sin importar el aumento de la temperatura
7resión 9onversión
igura 36 /rafica 7resión 9onversión para el reactor en equilibrio a 1&& o9 En la igura 36 se observa que la m#.ima conversión alcanzada se encuentra en el intervalo de 1 a 11 bares, para despu$s ir disminuyendo conforme aumenta la presión
5emperatura 7resión y 9onversión
igura 33 /rafica 5emperatura 7resión y 9onversión para el %eactor en equilibrio En la igura 33 observamos que la conversión disminuye muy poco al aumentar la temperatura y a partir de los 66& o9, todas las presiones tienen el mismo comportamiento, debido a que la reacción es e.ot$rmica, es conveniente sacrificar un poco de la conversión para no invertir demasiado en el sistema de refrigeración en el reactor
7roporción de %eactivos 9onversión
igura 3; /rafica de 7roporción de %eactivos 9onversión para el %eactor de equilibrio En la gr#fica se observa que el punto óptimo donde se alcanza la mayor conversión es cuando la relación de reactivos es 1:;
5emperatura 9onversión y 9alor
igura 3! /rafica de 5emperatura 9onversión y 9alor para el reactor en equilibrio
7resión 9onversión y 9alor
igura 3* /rafica 7resión 9onversión y 9alor para el %eactor de Equilibrio
7roporción de %eactivos 9onversión y 9alor
igura 3 /rafica 7roporción de %eactivos 9onversión y 9alor en el %eactor de Equilibrio
3116 Dlternativa II Fbtención de 9loroformo v'a +idrogenolis de 5etracloruro de 9arbono CCl4 + H 2 →CHCl 3 + HCl
31161
Dn#lisis de Sensibilidad para %eactor en Equilibrio
5emperatura 9onversión
igura 38 /rafica de 5emperatura29onversión para el reactor de equilibrio en la corriente gaseosa a 1 atm de presión En la igura 38 se observa que al aumentar la temperatura un poco m#s de ;& grados la conversión se mantiene en su m#.imo, sin importar cuanto m#s se eleve la temperatura
7resión 9onversión igura 3) /rafica 7resión 2 9onversión para el reactor de equilibrio a 6& o9
En la figura 3) se puede observar el efecto del aumento de la presión aumentando la conversión en la corriente liquida de salida del reactor
5emperatura y 7resión 9onversión igura 31& /rafica de 5emperatura y 7resión 9onversión para el reactor en
equilibrio en la corriente gaseosa En la figura 31& podemos verificar el comportamiento de la presión, que llegado a una temperatura, no importa cu#nto m#s incrementemos la presión la conversión se mantiene al 1&&
7roporción de %eactivos 9onversión
igura 311 /rafica 7roporción de %eactivos conversión a 1 atm y 6& o9 En la figura 311 se observa un incremento de la conversión llegando a estabilizare en 1&& con proporción ;:1 respecto al + 6 en la corriente de alimentación
5emperatura 9onversión y 9alor
igura 316 /rafica 5emperatura 9onversión y 9alor para el %eactor de equilibrio
7resión 9onversión y 9alor
igura 313 /rafica 7resión 9onversión y 9alor para el %eactor de equilibrio
7roporción de %eactivos 9onversión y 9alor
igura 31; /rafica de 7roporción de %eactivos 9onversión y 9alor para el %eactor de equilibrio
5abla 3 9ondiciones seleccionadas para alternativa I 9ondiciones 5emperatura o94 7resión atm4
31116
%eactor 61& 3
Entrada 6& 1
Salida 61& 3
Dn#lisis de Sensibilidad para %eactor 9in$tico
5emperatura conversión 7resión conversión 5emperatura y 7resión 9onversión 7roporción de %eactivos 9onversión 5emperatura 9onversión y 9alor 7resión 9onversión y 9alor 7roporción de %eactivos 9onversión y 9alor 5abla de condiciones o variables seleccionadas para la alternativa de reacción
316 Selección de Dlternativa de reacción 3161 "atos principales de los componentes participantes en la ruta qu'mica 5abla 31 "atos de los componentes en la alternativa 1 9omponente
Casa molar g
ormula Emp'rica
ormula estructural
7recio M
5etracloruro de 9arbono
1!3,86
+idrogeno 6,&1!8) gas4 Ncido 9lor('drico
99l;
+6
9loroformo
3*;*
+9l
11),38
9+9l3
3166 Evaluación de las Dlternativas de reacción Dlternativa 1
Dn#lisis Económico Dn#lisis de >enta-as y "esventa-as
3163 "iscusión de resultados 36
S'ntesis de la red de reactores
361 9aracter'sticas del reactor
>ariables de operación "istribución de especies qu'micas base molar y m#sica4
366 9riterios para la selección de las dimensiones del reactor
Efecto de la longitud sobre la conversión Efecto del nmero de tubos sobre la conversión 5abla par#metros de configuración del reactor volumen, tiempo de residencia, numero de tubos y dimensiones4
PRIMER AVANCE “OBTENCION DE CLOROFORMO Miguel Chávez 1.
Considerar como alternativa 2 para el desarrollo del proyecto: La obtención vía Cloración de Clorometanos.
Estudiar el equilibrio y la cinética en la alternativa 2 y consultar la siguiente referencia para obtener las ecuaciones de velocidad de las reacciones que forman la ruta vía cloración de clorometanos:
Brudnik, !, "#rz$n%ki, D!, "#rz$n%ki, D!, & '(dk()%ki, '! T! *+-./! The(re0i1#l %0ud$ (2 0he kine0i1% (2 1l(rine #0(3 #4%0r#10i(n 2r(3 1l(r(3e0h#ne% 4$ #0(3i1 1l(rine! Journal of Molecular Modeling, 5-6-7 5-8.! 2. 3.
No fue posible revisar el anlisis de equilibrio presentado de la alternativa ! "faltan las pantallas de aspen#. $olo el apartado 2 del proyecto %&ntecedentes' se podría considerar completo si se incluye la descripción del proceso industrial para la obtención de cloroformo vía cloración de clorometanos.
C&L()(C&C(*N +,(-E, &&NCE: 40*0.90= 36
