PRODUCCION INDUSTRIAL DEL PVC A. .INTRODUCCIÓN: El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de vinilo a policloruro de vinilo. Es el derivado del plástico más versátil. Este se pueden producir mediante cuatro procesos diferentes: Suspensión, emulsión, masa y solución, aceites y vinilos. Se presenta como un material blanco que comienza a reblandecer alrededor de los 80 °C y se descompone sobre 140 °C. Es un polímero por adición y además una resina que resulta de la polimerización del cloruro del cloruro de vinilo o cloroeteno. Tiene una muy buena resistencia eléctrica resistencia eléctrica y a la llama. la llama. El átomo de cloro enlazado a cada átomo de carbono le confiere características amorfas principalmente e impiden su recristalización, la alta cohesión entre moléculas y cadenas poliméricas del PVC se deben principalmente a los momentos dipolares fuertes originados por los átomos de cloro, los cuales a su vez dan cierto impedimento estérico es decir que repelen moléculas con igual carga, creando repulsiones electrostáticas que reducen la flexibilidad de las cadenas poliméricas, esta dificultad en la conformación estructural hace necesario la incorporación de aditivos para ser obtenido un producto final deseado. Obtencion: Se obtiene a partir del craqueo del petróleo, que consiste en romper los enlaces químicos del compuesto para conseguir diferentes propiedades y usos. Lo que se obtiene es el etileno, que combinado con el cloro obtenido del cloruro de sodio producen etileno diclorado, que pasa a ser luego cloruro de vinilo. Mediante un proceso de polimerización llega a ser cloruro de polivinilo o PVC. Antes de someterlo a procesos para conformar un objeto el material se mezcla con pigmentos y aditivos como estabilizantes o plastificantes, entre otros.
B. .MATERIAS PRIMAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE PVC: B.1. Eteno: Compuesto químico orgánico formado por dos átomos de carbono enlazados mediante un doble enlace. Es uno de los productos químicos más importantes de la Industria Química. Química. Se halla de forma natural en las plantas. Conocido también como etileno, La molécula no puede rotar alrededor del doble enlace y todos los átomos están en el mismo plano.
Estructura La molécula no puede rotar alrededor del doble enlace y todos los átomos están en el mismo plano. El ángulo entre los dos enlaces carbono-hidrógeno carbono-hidrógeno es de 117º, muy próximo a los 120º correspondientes a una hibridación sp 2.
La región del doble enlace es relativamente rica en densidad electrónica (es un centro nucleófilo) y puede reaccionar con electrófilos (con deficiencia de electrones) a través de reacciones de adición. Mediante este tipo de reacciones se pueden sintetizar derivados halogenados. También se puede adicionar agua (reacción de hidratación) para dar etanol; se emplea un ácido como el ácido sulfúrico o el ácido fosfórico como catalizador. La reacción es reversible. A altas presiones y con un catalizador catalizador metálico (platino, rodio, níquel) níquel) se puede hacer reaccionar con hidrógeno molecular para dar etano. La mayor parte del etileno se emplea para la obtención de polímeros. Mediante reacciones de polimerización se obtiene el polietileno de alta densidad y el de baja densidad. También se obtiene dicloroetileno, intermedio para la síntesis de C, que se polimeriza a cloruro de polivinilo, y otros hidrocarburos clorados. Además se puede hacer reaccionar con benceno para dar etilbenceno, obteniéndose estireno, que puede polimerizarse dando poliestireno. Se emplea como producto de partida de otros polímeros, como la síntesis del monómero acetato de vinilo para la obtención de acetato de polivinilo o la síntesis de etilenglicol (a través del intermedio óxido .
Propiedades Físicas
Estado de agregación Gas Apariencia Incoloro Densidad 1.1780 kg/m3; 0,001178 g/cm3 Masa molar 28,05 g/molPunto de fusión 104 K (-169,15 °C) Punto de ebullición 169,5 K (-103,65 °C) Temperatura crítica 282,9 K ( °C)
Reactividad química. La región del doble enlace es relativamente rica en densidad electrónica (es un centro nucleófilo) y puede reaccionar con electrófilos (con deficiencia de electrones) a través de reacciones de adición. Mediante este tipo de reacciones se pueden sintetizar derivados halogenados. También se puede adicionar agua (reacción de hidratación) para dar etanol; dar etanol; se emplea un ácido como el ácido sulfúrico o el ácido fosfórico como catalizador. La reacción es reversible. A altas presiones y con un catalizador metálico (platino, rodio, níquel) rodio, níquel) se se puede hacer reaccionar con hidrógeno molecular para dar etano.
Obtención La mayor parte del etileno producido mundialmente se obtiene por craqueo con vapor (steam cracking) de hidrocarburos de refinería (etano, propano, nafta y
gasóleo, principalmente). También se obtiene el etileno a partir del reformado catalítico de naftas o a partir de gas natural (Oxidative Coupling of Methane, OCM).mik También puede obtenerse en laboratorios de Química Orgánica mediante la oxidación de Alcoholes.
Aplicaciones eteno. La mayor parte del etileno se emplea para la obtención de polímeros. Mediante reacciones de polimerización se obtiene el polietileno de alta densidad y el de baja densidad. También se obtiene dicloroetileno, intermedio para la síntesis de cloruro de vinilo, que se polimeriza a cloruro de polivinilo, y otros hidrocarburos clorados. Además se puede hacer reaccionar con benceno para dar etilbenceno, que puede polimerizarse dando poliestireno. Se emplea como producto de partida de otros polímeros, como la síntesis del monómero acetato de vinilo para la obtención de acetato de polivinilo o la síntesis de etilenglicol (a través del intermedio óxido de etileno) que con ácido terftálico da tereftalato de polietileno. El etileno se utiliza, en combinación con otros hidrocarburos saturados e insaturados, sintetizados a partir del caucho, teniendo estos muchas aplicaciones en la industria. Destaca fundamentalmente el EPDM, Etileno Polietileno Dieno Monómero, con el que se obtienen películas de caucho saturado con múltiples aplicaciones en la industria automovilística y de la construcción, por su alta resistencia a las oscilaciones de temperatura, su flexibilidad y su capacidad impermeabilizante. El etilenglicol también sirve como anticongelante, y el óxido de etileno se puede emplear para la síntesis de algunos éteres glicólicos (para pinturas o tensioactivos) y otros productos. El etanol se puede obtener mediante la hidratación del etileno y se emplea como combustible o en la síntesis de ésteres etílicos, disolventes, y otros productos. También se puede obtener, a través de la síntesis de propionaldehido, ácido propiónico y alcohol n-propílico. Por oxidación del etileno se obtiene acetaldehido, el cual se emplea en la síntesis de n-butanol y ácido acético. El etileno también se emplea para provocar la maduración de la fruta
B.2. Cloro. El cloro es un elemento químico de número atómico 17 y símbolo Cl situado en el grupo de los halógenos (grupo 17) de la tabla periódica de los elementos.
En condiciones normales y en estado puro es un gas amarillo-verdoso formado por moléculas diatómicas, Cl 2, unas 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y venenoso. Es un elemento abundante en la naturaleza y se trata de un elemento químico esencial para muchas formas de vida.
Aplicaciones cloro. El cloro se emplea principalmente en la purificación de aguas, como blanqueante en la producción de papel y en la preparación de distintos compuestos clorados.
Un proceso de purificación de aguas ampliamente utilizado es la cloración. Se emplea ácido hipocloroso, HClO, que se produce disolviendo cloro en agua y regulando el pH. En la producción de papel se emplea cloro en el blanqueo de la pulpa, aunque tiende a ser sustituido por dióxido de cloro, ClO 2. Una gran parte del cloro se emplea en la producción de cloruro de vinilo, compuesto orgánico que se emplea principalmente en la síntesis del poli(cloruro de vinilo), conocido como PVC. Se usa en la síntesis de numerosos compuestos orgánicos e inorgánicos, por ejemplo tetracloruro de carbono, CCl4, ocloroformo, CHCl3, y distintos halogenuros metálicos. También se emplea como agente oxidante. Preparación de cloruro de hidrógeno puro; se puede llevar a cabo por síntesis directa: H 2 + Cl2 → 2HCl
Abundancia y obtención del cloro. El cloro se encuentra en la naturaleza combinado con otros elementos, principalmente en forma de cloruro sódico, NaCl, y también otros minerales como la silvina y la carnalita. Es el halógeno más abundante en el agua marina con una concentración de unos 18000 ppm. En la corteza terrestre está presente en menor cantidad, unos 130 ppm. El cloro se obtiene principalmente (más del 95% de la producción) mediante la electrólisis de cloruro de sodio, NaCl, en disolución acuosa, denominado proceso del cloro-álcali. Se emplean tres métodos.
Electrólisis con celda de amalgama de mercurio Electrolisis con celda de diafragma Electrolisis con celda de membrana
Propiedades del cloro. Los elementos del grupo de los halógenos como el cloro se presentan como moléculas diatómicas químicamente activas. El nombre halógeno, proviene del griego y su significado es "formador de sales". Son elementos halógenos entre los que se encuentra el cloro, son oxidantes. Muchos compuestos sintéticos orgánicos y algunos compuestos orgánicos naturales, contienen elementos halógenos como el cloro. A este tipo de compuestos se los conoce como compuestos halogenados. El estado del cloro en su forma natural es gaseoso (no magnético). El cloro es un elmento químico de aspecto amarillo verdoso y pertenece al grupo de los halógenos. El número atómico del cloro es 17. El símbolo químico del cloro es Cl. El punto de fusión del cloro es de 171,6 grados Kelvin o de -101,55 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del cloro es de 239,11 grados Kelvin o de -34,04 grados celsius o grados centígrados.
.DIAGRAMA DE ELABORACIÓN DEL PVC: Etapas de fabricación de PVC:
Etapa de recibo y almacenamiento del MCV : Para el proceso principal ( vía suspensión ). El cloruro de vinilo monómero (MCV, que es la materia prima básica) se importa desde los EE.UU. El monómero llega a las instalaciones del muelle privado a bordo de buques tanques previo análisis de control de calidad y en medio de estrictas medidas de seguridad es bombeado en estado líquido, desde el barco hasta los tanques de almacenamiento (esferas y tanques "salchichas"), allí es mantenido presurizado a su presión de vapor, entre 80 y 74 psi y 93o F para los tanques esféricos, y 80 psi y 110o F para los tanques "salchichas". Esta es una de las etapas de mayor cuidado y precaución en el proceso, dado el riesgo en la operación de manejo del monómero, el cual es tóxico, lo que se manifiesta en somnolencia, vómito y dolor de cabeza si llega a ser inhalado. Debido a que condiciones ambientales el monómero es gaseoso, el súbito cambio de fase desde almacenamiento (líquido) a gas (condiciones ambiente), produce quemaduras por frío en la piel al vaporizarse bruscamente. Por ello las normas de seguridad industrial, (respiradores, guantes, gafas de seguridad, delantales para gases orgánicos) son de estricto cumplimiento con el
fin de evitar accidentes. Igualmente a condiciones dadas de concentración y temperatura, el monómero con una chispa, en presencia de oxígeno produce explosión.
Figura 1Diagrama de bloques para producción de VCM
Etapa de polimerización del MCV : La reacción de polimerización del MCV, se efectúa en reactores de acero inoxidable en los cuales el monómero se polimeriza suspendido en medio acuoso, mediante iniciadores pertenecientes a la familia de los peróxidos orgánicos( trimetilhidroxicarbonato). Puesto que el MCV reacciona en presencia de oxígeno, el reactor está dotado de un eje interior con aspas que permite una buena homogenización de la masa reaccionante . Al reactor están conectadas diversas líneas de transferencia que permiten depositar en su interior el MCV, el agua desmineralizada y los aditivos requeridos en el proceso. Las condiciones típicas del reactor son: Carga 20 toneladas de MCV con 23 toneladas de agua desmineralizada. En el reactor del tipo batch clásico se sucede la reacción de polimerización en fase líquida ( agua desmineralizada), entre el peróxido, que se descompone en presencia de calor ( el del agua desmineralizada ) y el monómero ; así mismo se
adicionan emulsificantes, los cuales ayudan a obtener un tamaño fino de PVC y evitan la formación de aglomerados. Igualmente entre los aditivos se adiciona una solución buffer a fin de obtener un pH adecuado de la reacción , el cual es aproximadamente neutro. Todos los aditivos ingresan al reactor en forma de suspensiones. El tiempo de reacción comprende un rango entre 4 y 6 horas, según la serie de PVC que se esté obteniendo, así como la cantidad de iniciador presente, la presión es de aproximadamente 151 psig, ( no se considera un proceso a alta presión ) y el reactor se mantiene entre 130 y 150o F. Son reactores de alta conversión, cercana al 98%. El sistema de control de temperatura consta básicamente de bafles que aparte de proporcionar turbulencia y eliminar vórtices, poseen en su interior sistemas de circulación de agua de enfriamiento a fin de retirar calor a la masa reaccionante. Aparte de este sistema de regulación de temperatura, se cuenta con un sistema de cañuelas o anillos exteriores al recipiente de reacción, los cuales son encargados de absorber el calor de reacción generado principalmente en las paredes del reactor por medio de agua de enfriamiento circulante. Las operaciones en el área de polimerización son controladas por medio de sistemas computarizados. El operador de polimerización comanda desde la sala de control los procesos sucesivos de cargue, reacción y descargue del producto. El resultado de la reacción es un producto blanco de aspecto lechoso, denominado lechada de PVC. Después que ha transcurrido el tiempo de reacción, la operación de descargue, limpieza y cargue de reactante ( tiempo muerto), toma aproximadamente una 1 hora. Debido a que durante la reacción el MCV que no reaccionó, en su gran mayoría se instala como una nube gaseosa en la parte superior del reactor, es imprescindible su recuperación, siendo ésta la siguiente fase del proceso.
Recuperación del MCV residual: La lechada reaccionante se pasa a un " tanque blow down" ( mantenido a 160o F y 50 psi), el cual posee sistemas de evacuación succionantes operando con vapor de agua, que retiran el monómero sobrenadante en la lechada, el gas retirado es comprimido, licuado y almacenado en 2 tanques denominados de monómero residual, mantenidos a 90 psi y 80 y 85 o F, respectivamente, este MCV residual es empleado en la obtención de algunos PVC que requieren dentro de su formulación la adición de este MCV recuperado. La lechada despojada del MCV sobrenadante, pasa a la etapa de despojo y secado.
Etapa de despojo y secado :
Es importante anotar que a diferencia de otros procesos de polimerización, el PVC formado no absorbe dentro de su estructura a los aditivos, ya que estos quedan dentro del agua desmineralizada en donde se llevó a cabo la reacción, luego de haber participado en la misma. Por consiguiente la lechada de PVC, contendrá el producto( polímero formado, aditivos y agua desmineralizada) ; esta lechada se lleva a un tanque de destilación, operado a 120o F y presión atmosférica, el cual tiene por objeto extraer los residuos adicionales de MCV presentes en la lechada, el gas retirado por la parte superior del tanque es sometido al mismo proceso de recuperación hecho al monómero retirado de los tanques " blow-down". La lechada "destilada", se saca por la parte inferior del tanque, ella es fundamentalmente agua y gránulos de PVC, se lleva a centrífugas donde se retira gran parte del agua, esta agua con una temperatura de aproximadamente 50 o C se esta usando actualmente para realizar un precalentamiento del aire atmosférico al secador rotatorio a fin de usar menos combustible en el calentamiento del aire, la lechada quedando convertida en una pasta blanda y húmeda, de 25 % de humedad, conocida como torta, se pasa a un secador rotatorio de extremo cónico ( temperatura 135o F) por cuyo centro pasa una corriente de aire caliente que a la vez seca el producto y lo transporta, impulsado por la corriente de aire caliente, el PVC seco llega hasta unos ciclones, en los cuales se separa el aire de la resina. El PVC seco cae por gravedad a una tolva, mientras el aire saliente del ciclón se lleva a otro ciclón en donde se le retiran las partículas de PVC. El aire retirado en este ciclón es impulsado por un extractor y enviado a la atmósfera, los finos del fondo son mojados con agua (25%) y van a recuperación a la torre destiladora. El PVC que cayó por gravedad a la tolva pasa a un nuevo secador, en el cual se elimina la humedad restante. Almacenamiento y empaque : Finalmente llegamos a la última etapa del proceso como es el almacenamiento y empaque, el PVC seco pasa del secador a una criba, dotada con mallas para seleccionar el tamaño de la partícula. Las partículas demasiado gruesas se depositan en un recipiente de desecho, vendiéndose como producto de segunda y las finas se van almacenando en una tolva, desde allí se transfieren a los silos de almacenamiento para producto terminado. Con respecto al PVC vía emulsión al igual que el de suspensión emplean monómero ( MCV ) importado, también se utiliza una operación batch. La unidad produce aproximadamente 20000 toneladas por año de PVC, El volumen del reactor es de aproximadamente 40 m3. Los iniciadores de la polimerización son persulfatos de amonio o metales álcalis, algunas veces con contenido de sulfato ferroso o sulfito de sodio.
Los emulsificadores aniónicos más comunes empleados solos o en mezclas, son los siguientes:
Lauril sulfato o fosfato sódico. Sales de sodio o ácidos sulfónicos alquídicos. Sales de sodio o ácidos sulfoccínicos alquídicos.
Los iniciadores y emulsificadores son introducidos dentro del reactor autoclave diluídos con agua fría previamente desgasificada y deionizada. El monómero es alimentado a los reactores, con agitación moderada para formar una emulsión estable. La temperatura de reacción es mantenida constante a 40 oC usando agua circulante a 10 oC o bien una salmuera fría en la chaqueta del reactor. Después de 6 horas de reacción, alrededor del 95% del monómero es convertido. El reactor es enjuagado con agua después de cada operación y limpiado completamente por lavado con agua después de 40 operaciones. La emulsión es descargada dentro de un tanque de mezcla. El monómero no reaccionante es retirado por un vapor de baja presión a 50oC y 3.104 Pa absolutos, durante 3 horas. Posteriormente al igual que el proceso vía suspensión. Este monómero es comprimido y condensado para usarlo posteriormente en los reactores en forma de alimento líquido. En el tanque de mezcla se procura una dispersión uniforme de los granos hasta un contenido de sólidos en peso del 22%,. después se procede a una estabilización por adición de carbonato de sodio. El polímero es concentrado a un 48% en peso de sólidos por medio de un evaporador de película descendente operado a una presión de 4.104 Pa absolutos y 80 oC. La dispersión concentrada del polímero es secada por aspersión ya que el agua no puede ser removida por centrifugación o filtración debido al tamaño muy fino del grano de PVC. Equipos:
C. Planos de producción: Unidad de electrolisis: La primera unidad productiva es la Electrólisis, en la cual la sal es disuelta en agua para luego ser disociada, generando cloro, hidróxido de sodio e hidrógeno. El cloro a su vez, sale de la electrólisis como un gas húmedo a baja presión, que es secado para ser enviado directamente a la unidad siguiente, que es la de obtención del Dicloroetano, materia prima intermediaria del PVC.
El envío directo del cloro de la producción al consumo, sin licuado o almacenaje intermedio simplifica el proceso, permite la reducción del consumo de energía y evita la existencia de complejos sistemas de almacenamiento, manipuleo y control del cloro líquido. Para disminuir aún más la posibilidad de pérdidas de cloro para la atmósfera, la mayor parte de los equipos que lo contiene están directamente ligados a un sistema de absorción de cloro en soda cáustica, transformándolo en hipoclorito de sodio. Este producto es ampliamente utilizado en la desinfección y en procesos de blanqueo.
Figura 2. Unidad de Electrolisis
Obtención de EDC y VC: En la unidad de Cloración, el cloro gaseoso reacciona directamente con el Etileno (un gas petroquímico), generando el dicloroetano, un líquido incolorode alta pureza. Este proceso de cloración directa permite altas tasas de conversión, con baja generación de residuos, evitando el gasto de insumos para su tratamiento. Los gases residuales (básicamente el aire presente en el cloro y una pequeña fracción de etileno no reaccionado) son utilizados como combustible de una caldera que genera calor y produce ácido clorhídrico.
Cuando el dicloroetano es calentado hasta temperaturas de alrededor de 500ºC, sus moléculas se separan en cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno, en un proceso llamado pirólisis. Esta reacción ocurre en hornos calentados por aceite combustible o gas. Luego de la reacción, la mezcla debe ser enfriada rápidamente, lo que ocurre en intercambiadores de calor, generando vapor. Enseguida, la mezcla pasa por columnas de destilación para separar el cloruro de vinilo del cloruro de hidrógeno y del dicloroetano no reaccionado. Este último es reciclado para la pirólisis tras un proceso de destilación. El cloruro de hidrógeno es enviado para la unidad de oxicloración. El proceso de pirólisis no genera residuos, pues todos sus productos son aprovechados o reciclados. Por ejemplo: el dicloroetano no reaccionado es purificado, consumiendo el vapor generado en el enfriamiento de la mezcla. El Dicloroetano también es obtenido a partir de la oxicloración del etileno, utilizando como materia prima el cloruro de hidrógeno generado en la pirólisis, en presencia de un catalizador y con consumo del oxígeno del aire. La reacción libera grandes cantidades de energía redistribuida bajo la forma de vapor para otros consumidores en la planta. Ese proceso de oxicloración produce dicloroetano menos puro que el de cloración. Por lo tanto, el dicloroetano debe ser sometido a un proceso de destilación antes de ser enviado a la pirólisis.
Destilación del dicloroetano: En este proceso, el Dicloroetano proveniente de la oxicloración y de la pirolisis (igual que el eventual dicloroetano adquirido de otras fuentes) es tratado para alcanzar el nivel de especificación exigido para producir cloruro de vinilo. El proceso incluye la separación de pequeñas cantidades de cloro, hierro, cloruro de hidrógeno, agua, y otros componentes organoclorados. El producto de esa separación es enviado para la misma unidad que trata los gases de la cloración, que como y se ha dicho, genera vapor y ácido clorhídrico, que puede ser vendido o utilizado internamente. Todos los procesos son ambientalmente eficaces, porque todo ha sido diseñado para recuperar calor y vender o reciclar internamente los productos obtenidos. Además de eso, todos los efluentes generados pasan por tratamientos físicoquímicos y biológicos.
Figura 3. Obtención de EDC Y VCM
Figura 4. Diagrama de flujo producción de VCM
Polimerizacion del PVC: El PVC es una resina termoplástica, producida cuando las moléculas de cloruro de vinilo se asocian entre sí, formando cadenas de macromoléculas. Este proceso es llamado de polimerización, y puede ser realizado de varias maneras, dos de esos procesos son: polimerización en suspensión y polimerización en emulsión. Ambos usan un proceso semicontínuo, en el que los reactores se alimentan con el monómero cloruro de vinilo, con los aditivos, catalizadores y agua (la reacción de polimerización del PVC ocurre en medio acuoso). Las diferencias entre los procesos suspensión y emulsión se manifiestan en el tamaño y en las características de los granos de PVC obtenido, y por lo tanto, cada proceso es elegido según las aplicaciones y resultados que se quieren obtener con el PVC. Después del final de la reacción, se agotan los reactores y la mezcla de agua y PVC es separada del monómero no reaccionado. El PVC es centrifugado,secado y embalado. El agua es reciclada o tratada en la unidad de tratamiento de efluentes. Como el VCM tiene propiedades tóxicas, es muy importante que no se lo libere para la atmósfera ni permanezca en el producto. Por eso, varias etapas del proceso y las características de los equipamientos donde él ocurre fueron concebidas para evitar tales pérdidas: esto asegura que nuestras resinas contengan sistemáticamente menos que 1g de VCM por tonelada de PVC.
Figura 5. Diagrama producción de PVC
El proceso de polimerización del cloruro de vinilo por suspensión El proceso para la obtención del policloruro de vinilo se realiza en las siguientes etapas (5): 1. El proceso de preparación en los reactores 2. La polimerización del cloruro de vinilo 3. El reaprovechamiento del agua 4. El tratamiento de los efluentes y emisiones
El proceso de preparación de los reactores Ya obtenido el monómero de cloruro de vinilo del proceso previo, éste es almacenado en tanques donde reposara hasta que los reactores de polimerización estén listos (5). El monómero entra primero en conjunto con el agua desmineralizada previamente. Luego se coloca el iniciador que es un peróxido oxálico el cual controla la duración y velocidad de la reacción de polimerización. Después de iniciada la reacción, sincronizadamente ingresan los agentes de suspensión primarios que suelen ser alcoholes o geles. Además de estos se colocan agentes de suspensión secundarios y modificadores que controlan el peso y la porosidad de la resina de PVC que posteriormente se obtendrá. Después de transcurrido el tiempo de polimerización que depende del tamaño del reactor y de la velocidad de agitación, se obtiene el polímero de cloruro de vinilo (PVC) con sus respectivos residuos (5).
El proceso de polimerización en los reactores
Figura 6. Diagrama de flujo para el proceso de polimerización de PVC
La polimerización del cloruro de vinilo se obtiene mediante una reacción de “Adición vía Radicales libres” formando homopolímeros y copolímeros, los cuales usando determinados aditivos, pueden ser procesados y transformados en una gran variedad de artículos. En el Figura 5.1. mostramos dicha reacción (1).
Todo esto se produce durante el tiempo de la reacción de forma cíclica. El proceso de polimerización se realiza por etapas, cuando ingresan los agentes de suspensión la presión se encuentra por debajo de la atmosférica, luego el MVC ingresa y se aumenta la presión. Se producen reacciones exotérmicas que son controladas por las chaquetas refrigeradas del reactor. Por los efectos de polimerización la presión disminuye y cuando se llega otra vez a la atmosférica se inhibe la reacción, enfriándose el polímero y luego descargándose. n Cl 3H2CCl 3H2C El PVC liquido pasa luego a un proceso de agitado donde se extrae muchísima cantidad de agua y sales. A esta se la seca con los secadores de caliente rotativos, donde se obtiene hasta un PVC casi por completo libre de humedad. Luego el PVC en polvo pasa a los reservorios y se despacha en las bodegas posteriormente.
El proceso de reaprovechamiento del agua Por lo general casi toda el agua reacciona con el MVC y los aditivos, transformándose en PVC, pero ese PVC tiene moles de H2 que al toparse con el oxigeno de los peróxidos se transforma en agua y debe ser separada por un proceso de centrifugación. Recordemos que en la agitadora elimina gran porcentaje de agua, el otro porcentaje se obtiene de los gases de secado. Toda esta agua en conjunto con el proceso de monomerización debe llevarse a tratamiento.
El proceso de reaprovechamiento de efluentes y emisiones directas
Figura 7. Esquema para la recuperación de agua en el proceso de polimerización de PVC
Los residuos principales en la polimerización son el MVC sin reaccionar y otros aditivos inhibidos. El líquido de MVC va a los tanques de reproceso y el gas de MVC va a enfriadores para llevarlos a los mismos tanques donde será reaprovechado para un posterior reproceso de polimerización. Otros efluentes se producen cuando es limpiado el reactor después de algunas reacciones, aquí se encuentran incrustados y sedimentados los químicos que de forma simple o compuesta deben ser analizados y llevados a zonas de tratamiento de residuos peligrosos.
D. EQUIPOS DE PROCESO:
E. CALCULOS DE MATERIA Y ENERGIA
Balance de materia
Etileno = 0.47 T/ T PVC Cloro = 0.58-0.61 T/ TPVC Oxigeno (oxicloracion)= 0.14T/TPVC
La planta va a producir …. de PVC T/dia Etileno Cloro
T/mes
Oxigeno
Consumo de energía Gas natural = 1 MWH/T PVC Electricidad = 0.2 MWH/T PVC
F. TAMAÑO DE PLANTA,;
Gráfica 1. Evolución de la producción de EDC Y VCM
UHDE es una de las más grandes compañías líderes en la ingeniería de EDC y VCM, ha construido plantas con una capacidad total de más de 8 millones de toneladas por año de EDC aproximadamente 5 mil millones de toneladas por año de VCM.
Figura 8. Planta de producción de PVC
Vista de una de las plantas más grandes y modernas de VCM denominada Vinnolit, ubicada cerca de Cologne, con una capacidad de 190000 ton/año de EDC y 37000 ton/año de VCM.
Gráfica 2. Porcentajes de utilizacion de etileno
El PVC es un producto petroquímico, dado que sus materias primas intermedias, EDC, es manufacturada de etileno. 13% de toda la demanda de etileno durante el 2001 fue usada para la producción de EDC. Casi todo el EDC es usado por la industria de PVC en Japón, y la otra pequeña parte para la manufacturación de etilendiamina, solventes orgánicos y muchos otros productos farmacéuticos.
El siguiente esquema se enfoca en el flujo de etileno, el cual es uno de 5 productos que se obtienen del craqueo de la Nafta, esta imagen muestra el volumen de producción en el 2007.
Gráfica 3. Relación de Cantidades de Producción de materias primas y PVC
Tabla 1. Capacidad de producción de plantas de PVC
Figura 9. Modelo 3D de una planta de PVC La figura , presenta un modelo 3D de uno de los más grandes complejos de PVC, ARVAND Petrochemical Co., Bandar Imam, Iran. Cuya capacidad es: Producto Cloro Sales de EDC VCM PVC
Tn /año 570000 329000 343000 340000
La siguiente tabla recoge los datos de consumo per capita de PVC en diferentes países seleccionados, para el 2004.
Tabla 2. Datos de consumo Per capita de PVC en algunos países seleccionados
BIBLIOGRAFÍA
http://www.braskem.com.br/Portal/Principal/Arquivos/Download/Upload/Tecnologia%20 do%20PVC%202a%20edi%C3%A7%C3%A3o_22.pdf
http://www.thyssenkruppuhde.de/fileadmin/documents/brochures/uhde_brochures_pdf_en_8.pdf
http://www.vec.gr.jp/english/library/fact/chapter1.html
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/14307/2/APPENDIX%20A%20%20PVC%20Production.pdf
