ACETILENO

PROCESO INDUSTRIAL DEL ACETILENO 1. CONCEPCIÓN Y DEFINICIÓN OPERACIONAL DEL PROCESO. El acetileno puede ser generado por la reacción química entre el carburo de calcio y agua. Esta reacción produce una cantidad considerable de calor, que debe ser eliminado para evitar que el gas de acetileno explosione. Existen diversas variaciones de este proceso en el que cualquiera de carburo de calcio se añade agua o se añade agua al Carburo de calcio. Ambas variaciones se denominan procesos húmedos, ya que un exceso en la cantidad de agua se utiliza para absorber el calor de la reacción. Una tercera variación, llamado un proceso seco, utiliza sólo una cantidad limitada de agua, que luego se evapora a medida que absorbe el calor. La primera variación es más comúnmente utilizada en los Estados Unidos y se describe a continuación.

1. GENERADOR DE ACETILENO A. GENERADOR TIPO HUMEDO Este proceso es usado para producir acetileno disuelto. Carburo de calcio y agua son colocados dentro del contenedor para generar el acetileno. La temperatura del agua se mantiene por debajo de 70¢XC. La entrada del carburo de calcio esta equipada con tuberías de nitrógeno o dióxido de carbono como equipo sustituto contra el fuego. La capacidad del generador está calculada por la máxima cantidad de carburo de calcio que puede procesar por hora y esta cantidad es convertida c onvertida en gas acetileno.

B. GENERADOR TIPO SECO Este proceso es generalmente usado por compañías con grandes escalas de producción en la industria química para la masa de producción de químicos. Con la finalidad de asegurar la producción de gas acetileno desde el carburo de calcio, la cantidad de agua suministrada debe ser ajustada para mantener el desecho de carburo de calcio en polvo seco. Este método consume menos agua dado que este es peligroso si es sobrecalentado, por esa razón un apropiado sistema de enfriamiento debe ser suministrado.

2. SOPORTE DE GAS El tanque usado por el gas acetileno es un contenedor sellado al agua, que consiste de un tanque interior y un tanque exterior hechos de una plancha de acero y carbón. El gas de entrada y salida son equipados con un dispositivo de seguridad sellado al agua. Para prevenir presiones negativas en las tuberías debido a la succión del compresor, el tanque debería ser siempre mantenido a la presión adecuada. Como el acetileno es un gas combustible, sus avisos de seguridad son colocadas con letras rojas con las palabras ¡§gas acetileno¡¨ o también es pintando de color rojo.

3. PURIFICADOR Existen varias impurezas en el gas acetileno incluyendo fosfina, sulfuro de hidrógeno, pequeñas cantidades de silicano SiH4 ), y amoníaco (NH3). La insolubilidad de estas impurezas en acetona tiene un efecto dañino en la soldadura y corte de los metales y son por lo tanto, removidos.

A. PURIFICADOR SECO Los agentes purificadores son aplicados para varias estructuras internas en forma de malla. Cuando el gas pasa a través de estas estructuras, las impurezas son absorbidas y removidas. El agente purificador es hecho de una mezcla de ácido sulfúrico, dicromato de sodio, agua y celita.

B. PURIFICADOR LIQUIDO Varias torres de purificación hechas de plástico duro son colocadas en paralelo. Un agente purificador líquido es reciclado a través de cada torre por el método de bombeo. Como el gas acetileno fluye a través de las torres en sentido opuesto, las impurezas en el gas acetileno son removidas. El sistema de torres de purificación está constituido de una torre de ácido sulfúrico, una torre de soda cáustica, una torre de agua limpia y una torre de recuperación.

4. SECADO A BAJA PRESION El gas acetileno del generador contiene humedad. La humedad se encontrará en el interior del cilindro, la solubilidad del acetileno será reducida y por lo tanto, será removida. Dentro del secador, hay varias estructuras en forma de mallas. El agente de secado, cloruro de calcio, es puesta en la estructura de malla. Como el gas pasa a través de la malla, la humedad es absorbido y el gas secado

5. COMPRESOR DEL ACETILENO Después que el gas ha sido purificado y secado, se inspecciona su pureza de acuerdo con las regulaciones y especificaciones hechas por cada gobierno. La pureza del gas podría exceder las especificaciones requeridas. Luego el gas es filtrado en cilindros. La máxima presión de filtrado es controlada para no exceder los 25 kgs/cm2, ya que el acetileno es un gas explosivo fuerte. La capacidad del compresor está limitada de 15-65 m3/hr. Su velocidad de rotación está alrededor de 100 RPM y el agua de refrigeración es automáticamente reciclado, para mantener la temperatura en aumento. El alojamiento del cigüeñal podría ser aire fuerte, para prevenir el aire de entrada. Esta estructura permite al gas, la cual filtra en el alojamiento del cigüeñal para ser recuperada a través del acceso de entrada.

6. SEPARADOR DE ACEITE El gas del compresor, contiene aceite en estado gaseoso. Este aceite debe ser removido por el separador de aceite. El separador filtra el aceite a través de los aros de metal o cerámica conocidos como aros Lessing.

7. SECADO A ALTA PRESION Para remover la humedad del gas acetileno bajo alta presión, este es pasado a través de un cilindro de acero con cloruro de calcio en su interior.

8. LLENADO El gas después de removido el aceite y purificado por secado, es llenado en cilindros de acetona, por lo tanto, este podría ser llenado lentamente para permitir que el acetileno se disuelva completamente en la acetona. En el verano, cuando la temperatura es elevada, el llenado podría ser separado en varios intervalos. Cada cilindro, después de llenado, podría ser mantenido en pie o inactivo bajo una presión indicada de 15.5 kg/cm2 a 15¢XC. En este punto los cilindros están listos para su reparto. Cuando se cambia de una estación de llenado a la siguiente, los cilindros en las varias estaciones de llenado podrían ser aislados, y la tubería principal para llenado podría ser equipada con una válvula de control y un descargador de fuego para proteger la tubería principal en caso de fuego. Cada división o colector podría también ser equipada con un descargador de fuego para prevenir la influencia hacia los otros cilindros en caso de accidente. CILINDROS: Los cilindros de acetileno son diferentes de los cilindros a alta presión. En el interior del cilindro de acetileno, material poroso es colocado hasta que sea llenado de manera ajustada. Luego, la acetona es colocada en el cilindro la cual disuelve el acetileno cuando el cilindro es llenado a una presión de 15 kg/cm2. El cilindro es hecho para soldadura, usando una plancha de acero, carbono y manganeso la cual es buena para soldadura y mecanizado. El espesor de la plancha varía de 3.2 a 4.5 mm y la capacidad del cilindro varían de 35 a 55 litros. 2. MATERIAS PRIMAS. El acetileno es un hidrocarburo que consiste de dos átomos de carbono y dos átomos de hidrógeno. Su símbolo químico es C 2H2. Para fines comerciales, el acetileno se pueden hacer de diferentes materiales en bruto en función del proceso utilizado. El simple proceso de carburo de calcio reacciona con agua para producir gas acetileno y una mezcla de carbonato de calcio, llamado cal hidratada. La reacción química se puede escribir como: CaC2 + 2 H2 O → C2H2 + Ca(OH) 2

Otros procesos utilizan el gas natural, que es principalmente metano, o un hidrocarburo derivado del petróleo tales como petróleo crudo, nafta, petróleo o bunker C como materia prima. Estos procesos utilizan altas temperaturas para convertir las materias primas en una amplia variedad de gases, incluido el hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, acetileno y otros. La reacción química para convertir el metano en el acetileno y el hidrógeno se puede escribir 2 CH4 → C2 H2 + 3 H 2.

Los otros gases son los productos de la combustión con oxígeno. Con el fin de separar el acetileno, que se disuelve en un disolvente otros disolventes como el agua, amoníaco anhidro, metanol frío, o acetona, o varios, dependiendo del proceso.

3. PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLOGICAS DE LOS MATERIALES Y EL PRODUCTO PRINCIPAL.

ACETILENOropiedades físico-químicas Propiedades físico-químicas Aspecto y color: Gas incoloro disuelto en acetona a presión. Olor: Característico. Presión de vapor: 4460 kPa a 20ºC Densidad relativa de vapor (aire=1): 0.907 Solubilidad en agua: 1.66 g/ 100 ml a 20º C Punto de ebullición: -85º C Punto de fusión: -81º C Peso molecular: 26.0 Estabilidad y reactividad El gas se mezcla bien con el aire, fomándose fácilmente mezclas explosivas. La sustancia se descompone al calentarla intensamente e incrementando la presión, causando peligro de incendio y explosión. La sustancia es un agente reductor fuerte y reacciona violentamente con oxidantes, flúor, c loro y bajo la influencia de la luz, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona con cobre, plata, mercurio y sus sales, formando compuestos sensibles a los choques (acetiluros). Condiciones que deben evitarse: Fuentes de calor e ignición. Materiales a evitar: Oxidantes, flúor, cloro, cobre, plata, mercurio y sus sales. Productos de descomposición: Monóxido de carbono y gases de combustión. Polimerización: Puede polimerizar debido al calentamiento intenso.

Información toxicológica Efectos agudos

Efectos crónicos

Contacto con la piel

EN CONTACTO CON No hay información LÍQUIDO: disponible. CONGELACIÓN.

Contacto con los ojos

No hay información disponible.

No hay información disponible.

Inhalación

Vértigo, embotamiento.

No hay información disponible.

Ingestión

No hay información

disponible.

Otros

No hay información disponible.

Límite en aire de lugar de trabajo (s/ Res. 444/91): Asfixiantes. Límite biológico (s/ Res. 444/91): No establecido. Límite NIOSH REL: C 2500 ppm (2662 mg/m 3) Límite OSHA PEL: Ninguno. Nivel guía para fuentes de agua de bebida humana (s/ Dto. 831/93): No establecido.

4. METODOS Procesos de Fabricación Hay dos procesos utilizados para hacer acetileno: * Proceso de reacción química: Se produce a temperaturas normales. * Proceso de craqueo térmico: Se produce a temperaturas extremadamente altas. Reacción Química de Procesos. La reacción química entre el carburo de calcio y llevar agua para la generación de acetileno, pero durante el proceso de fabricación, una cantidad considerable de calor que se genera cuando no se elimina puede conducir a la explosión del gas acetileno. El proceso de reacción química que tiene multitud de variantes en las que se añade agua o de carburo de calcio o al revés. Tanto las variaciones del proceso también se llaman procesos húmedos. Esto se debe a que el calor de la reacción es absorbido por una cantidad excesiva de agua. Hay otra variante conocida como el proceso seco, en los que se utiliza una cantidad limitada de agua, que luego se evapora a medida que absorbe el calor. Proceso de craqueo térmico; Otro proceso de producción de acetileno es el proceso de craqueo térmico. Este proceso implica el aumento de la temperatura de varios hidrocarburos a niveles muy altos en sus enlaces atómicos rompa, o crack y por lo tanto conocido como proceso de craqueo térmico. Después de los átomos de hidrocarburos separa, sino que también se pueden unir para formar diferentes materiales de la materia prima original. Este proceso de craqueo térmico es ampliamente utilizado para convertir el petróleo o el gas natural a una variedad de productos químicos. Al igual que el proceso de reacción química, en función de las materias primas utilizadas y el método para elevar la temperatura, hay variaciones de este proceso. Algunos utiliza un arco eléctrico para calentar la materias primas, algunas utiliza una cámara de combustión que quema parte de la hidrocarburos para ofrecer una llama, mientras que otras producen acetileno como co-producto del proceso de craqueo usado hacer.

5. MODELOS Y ECUACIONES TEMODINÁMICAS DE PROCESO DE REACCIÓN. Acetileno El acetileno es el hidrocarburo más simple con un triple enlace. En los días previos del aceite obtenido aceptación generalizada como la principal materia prima de la industria química, acetileno fue el elemento predominante de la química orgánica industrial. El proceso de carburo de calcio fue el proceso de única vía para la producción de acetileno hasta 1940, cuando los procesos de craqueo térmico con el metano y otros hidrocarburos se introdujeron. Al principio, estos procesos utiliza un arco eléctrico y, a continuación, en la década de 1950, la oxidación parcial y se desarrollaron los procesos regenerativos. La Decada de 1950, la oxidación parcial y se desarrollaron los Procesos regenerativos. Hoy en día, sólo quedan tres procesos para la producción comercial de acetileno: El carburo de calcio ruta, en la que el carburo se produce eléctricamente, el proceso de arco, la oxidación parcial del gas natural. Otros procesos populares una vez se han convertido en poco económico como el precio de la nafta se ha incrementado.  Aspectos termodinámicos y cinéticos: La producción de acetileno a partir de hidrocarburos, por ejemplo: 2CH4 C2H2 + 3H2 DELTA.H 376.4kJ/mol (298K) = 376.4kJ/mol requiere temperaturas muy altas y tiempos de reacción muy corto. La Figura 1 muestra también que la energía libre de acetileno disminuye a medida que aumenta la temperatura, mientras que las energías libres de otros hidrocarburos aumento. Por encima de 12308C UNOS, el acetileno es más otro estable el que hidrocarburos. La temperatura a la que la línea de acetileno se cruza una línea de otros en la figura 7 es la más alta es la más corta es la longitud de la cadena de los hidrocarburos. La producción de acetileno a partir del metano requiere mayores temperaturas de reacción que la producción de hidrocarburos más pesados. 

Gibbs energía libre de formación por cada átomo de carbono de varios hidrocarburos en función de la temperatura. Además del corto tiempo de residencia, el metano correcta: cociente del oxígeno, que también determina la temperatura de reacción, es esencial para obtener buenos rendimientos de acetileno. la acción del agua sobre el carburo de calcio: El carburo de calcio se obtiene por calentamiento de coca con cal en un horno eléctrico a una temperatura de 2500 ºC  –  3500 ºC (2773  –  3273K)

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 En la generación de acetileno de carburo de calcio y agua, todo lo que tiene que hacer es llevar estos dos compuestos en contacto, cuando reaccionan mutuamente unos a otros con la formación de cal y acetileno, mientras que, si hay presencia de agua suficiente, la cal se combina con ella para hidrato de calcio.

Carburo de calcio. Agua. Acetileno. Cal. CaC2 -} - H 2 O = C 2H 2 } - CaO cal. -}  –  Cal. Agua. Hidrato de calcio. CaO-IH 2 0 = Ca (HO) 2 

Oxidación parcial de metano o Hidrocarburos altos más : El metano se encuentra Naturales gas y gas de carbón. Por lo tanto, ambos pueden ser utilizados para la fabricación de acetileno. Los procesos de combustión parcial de hidrocarburos ligeros, a partir de metano a la nafta, todos siguen esquemas similares. La alimentación y una cierta cantidad de oxígeno es precalentado por separado y se introduce en un quemador. Hay que pasar por una zona de mezcla y un bloque del quemador zona de reacción, donde se encienden. Al salir de la zona de la reacción de la mezcla del producto se enfría rápidamente, ya sea por agua o aceite. Refrigeración por agua es más fácil, y más común, pero es térmicamente menos eficiente que la refrigeración por aceite. Alternativamente, los gases se pueden refrescar con hidrocarburos ligeros líquidos, lo que lleva al acetileno adicionales y la formación de etileno entre 1500 y 8008C.

6. DIAGRAMAS DE FLUJO DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DEL ACETILENO.