INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS EXTRACTIVAS Academia de diseño de procesos DISEÑO BÁSICO DE PROCEOS
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PROYECTO: PRODUCCIN DE AN!IDRIDO "TAL#CO Profesor: Ing. Oscar !"#ne$ P#re$
A%&"nos: 'Garc(a )a%*eras os# Man&e%
Gr&+o: ,IV- E/&!+o: 0
1ec2a: 34No5!e"6re47380
Producción de Anhídrido Ftálico
ÍNDICE Resumen del Proyecto……………………………………… Pr oyecto…………………………………………………………………… ………………………………3 …3 Generalidades.……………………………………………………………………………….3 Introducción…...…………………………………………………………………………….5 Descripción de las rutas de reacción….……………………………………… reacción….…………………………………………………….8 …………….8 a) Oxidación Oxidación de natalen natalenoo a an!"drido an!"drido t#lico… t#lico……………… ……………………… …………………… …………………. ………..$ .$ %) Oxidación de Orto& 'ileno a an!"drido t#lico………………………………………....(2 c) stimación stimación de precios de de reacti*os reacti*os y productos…… productos……………… …………………… …………………… ……………. …. d) +#lculo +#lculo de Potencial Potencial conómic conómico………… o…………………… …………………… …………………… …………………… …………… … Desarrollo de propuestas de proceso…………………………………………… proceso…………………………………………………….. ……….. i.
,ala ,alanc ncee del react reactor… or……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ……… …
ii. ii.
DiaDia-ra ram ma de de %l %loue ouess de de pro proce ceso so
iii. iii.
,alanc ,alances es de proceso… proceso………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… ………….. …..... ....... ....
/n#lisis de resultados y recomendaciones…………………............................................. ,i%lio-ra"a e ci%er-ra"a……………………………… ci%er-ra"a……………………………………………….…………… ……………….………………... …... /nexos……………………...………………………………………………………………
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I.- RESUMEN DEL PR!EC" +on la ela%oración de 0ste tra%a1o se %usca mostrar cómo se o%tiene el an!"drido t#lico a partir de la reacción m#s con*eniente y optima de acuerdo a la in*esti-ación realiada. l producto de%er# cumplir con las caracter"sticas especiicadas en la norma /4 D 2673 *er anexo ()9 la cantidad estimada de producción ser# de (77:777 ton;a
II.- #ENERALIDADES = an!idro t#lico es una materia prima importante en la producción de> •
19a%a9os +%as9!f!can9es
•
Res!nas *e *!s9!n9os 9!+os co"o a%/&(%!cas o9ras
•
Po%!#s9eres
•
Co%oran9es
•
P!n9&ras
•
T!n9as
•
P%as9!f!can9es
•
Es9a6!%!$an9es
•
; n&"erosos +ro*&c9os /&("!cos a+rec!a*os.
/proximadamente se concentra el $7? del consumo en 3 usos principales>
Co"o +%as9!f!can9es +ara %as res!nas *e c%or&ro *e +o%!5!n!%o.
Po%!#s9eres< *on*e enc&en9ran %os &sos "aores +ara fa6r!car %as +ar9es 1!6ra *e 5!*r!o4refor$a*as.
Las res!nas *e f9a%a9o a%=!%4g%!cero% son &na 6ase a"+%!a"en9e &sa*a +ara %as +!n9&ras.
l primer proceso comercial de maniactura se %asó en la oxidación de nataleno en ase liuida a este si-ue el proceso en ase -as: pero el incremento de la demanda de an!idro t#lico se estimuló la producción de materias primas alternas y el o&xileno disponi%le en -randes cantidades de reiner"as de petróleo !a sido el preerido desde ($@3. =a oxidación de o&xileno !a sido o%1eto de muc!os estudios y se !an propuesto una serie de mecanismos de reacción. =os productos de oxidación no selecti*os: se consideran como resultado no solo de la oxidación directa de o&xileno: sino tam%i0n de especies intermediarias y de an!idro t#lico. An estudio m#s reciente su-iere ue la ruta ue conduce el an!idro maleico y a an!idro t#lico son competiti*as: por otra parte tam%i0n !an sido detectados otros productos secundarios a %a1as concentraciones pero a la ec!a: la oxidación catal"tica de3 o&xileno so%re cataliadores de B2O5
es el proceso industrial m#s importante para la
producción de an!idro t#lico. l an!"drido t#lico: la producción en los stados Anidos en 277C ue de 7:$ millones de li%ras por a
Producción de Anhídrido Ftálico CNCLUSINES CLA$E +omo resultado de este estudio se identiicó la ruta m#s acti%le para la o%tención de an!"drido t#lico y con ello considerar esta%lecer en 0xico una planta ue permita satisacer la demanda actual y utura9 ya ue se-uir# aumentando el uso y la aplicación de este producto. +on la determinación del potencial económico de la ruta seleccionada para la o%tención del producto principal: demuestra la sustenta%ilidad del an!"drido t#lico producido por medio del orto&xileno: adem#s con ayuda de las !erramientas de dise
III.- IN"RDUCCI%N l an!"drido t#lico: tam%i0n conocido como talandiona: es un compuesto or-#nico con órmula +@6+O)2O: se presenta en estado "sico como cristales incoloros a-u1as róm%icas) a temperatura de 25 E+ la densidad es de (:52C -;ml. Punto de usión> (37:8 E+. Punto de e%ullición> 286:5 E+9 dic!o compuesto es solu%le en a-ua: alco!ol y 0ter.
! tt p>;; es .m ad e& in &c !i na .c om ;c oFpo l ymerc!em; product FP!t!alic/n!ydrideF!yy s rn o ny.!tml
ste producto no contiene natouinona: ya ue se produce por la oxidación catal"tica del orto&xileno: lo ue permite -ran posi%ilidad de aplicaciones.
Producción de Anhídrido Ftálico n ($C5 la producción mundial de an!"drido t#lico proced"a ya en un C5? de o&xileno: proporción ue para ($87 espera%a lle-ar al 8 5 ?. in em%ar-o el na tal en o como
procedente del car%ón no perder# su importancia por completo para la o%tención de an!"drido t#lico: como lo conirma la construcción de una instalación moderna de an!"drido t#lico a %ase de nataleno por la ippon !oHu%ai: en apón.
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stos son al-unas ciras si-niicati*as del /n!"drido Jt#lico en el mundo.
Discusión de las rutas de reacción so%re la u e se eli-ió. =a ruta de reacción seleccionada es la ruta con o&xileno: de%ido a ue los precios de las materias primas son m#s %a1os en consideración con las otras rutas al i-ual ue el proceso ue se lle*a a ca%o para la o%tención del an!"drido t#lico es m#s sencillo y con %uena eiciencia9 as" como las condiciones de operación son a*ora%les de%ido a ue se tra%a1a con una menor presión y menores temperaturas ue en el proceso con el nataleno.
IMPAC" AM&IEN"AL a%laremos un poco de la toxicidad y el impacto am%iental: ue presentan el producto principal as" como las materias primas usadas para las dos rutas de reacción propuestas. l an!"drido t#lico es inlama%le y conlle*a un peli-ro moderado de incendio. u toxicidad es comparati*amente %a1a en relación con otros an!"dridos #cidos industriales: pero actKa como irritante de la piel: los o1os y el tracto respiratorio superior. l an!"drido t#lico no tiene eecto al-uno so%re la piel seca: pero produce uemaduras en la piel !Kmeda: en donde el producto realmente irritante es el #cido t#lico ue se orma en contacto con el a-ua. Por lo ue se recomienda ue el an!"drido t#lico sea almacenado en un lu-ar resco y %ien *entilado: ale1ado de llamas a%iertas y sustancias oxidantes. n los lu-ares para su manipulación de%e existir un %uen sistema de *entilación local y -eneral. De%e tenerse en cuenta ue los *apores emitidos por el an!"drido t#lico l"uido son tan irritantes como cuando se encuentra en orma de copos o escamas. n caso de salpicaduras o contacto con la piel: 0sta de%e la*arse inmediatamente con a-ua a%undante. =os tra%a1adores ue manipulan deri*ados del an!"drido t#lico de%en mantenerse %a1o control m0dico: prestando una atención especial a los s"ntomas de asma y sensi%iliación de la piel. i se o%ser*a al-uno de estos s"ntomas: el tra%a1ador tendr# ue ser asi-nado a otro puesto de tra%a1o. ea como uere: el contacto con la piel de%e e*itarse siempre. e recomienda el uso de ropa protectora como -uantes de -oma. Ber /nexo 3 Jic!a de se-uridad /n!idro Jt#lico)
Para lle*ar a ca%o la producción del an!"drido t#lico en este proceso el principal material ue se emplea es o&xileno: el cual puede pro*ocar irritación al estar en contacto con la piel y o1os9 adem#s tiene un %a1o ni*el de toxicidad por in!alación al estar expuesto a %a1as concentraciones. Ber /nexo 6 Jic!a de se-uridad o&xileno) o se tiene inormación ue permita concluir ue el /n!"drido al0ico ten-a un impacto en el suelo: en el aire ni ue est0 su1eto a deposición !Kmeda cuando se elimina en el aire tampoco se espera ue este material se de-rade por la reacción con el oono y con los radicales !idrox"licos producidos oto u"micamente. +uando se elimina en el /-ua: se espera ue este material se %io&de-rade r#pidamente de%ido a la disociación ue presenta. +omercialmente los productos m#s rele*antes o%tenidos a partir del /n!"drido al0ico son las resinas de poli0ster y alu"licas: lacas: plastiicantes: copo limeros y lu%ricantes. 4am%i0n se utilia en la producción de pesticidas e in!i%idores de crecimiento. Ber anexo 5Jic!a de se-uridad del /n!"drido aleico)
$. DESCRIPCIN DE RU"AS DE REACCIN. AN'ÍDRID F"(LIC A PAR"IR DE NAF"ALEN Para producir an!"drido t#lico la materia prima es esencialmente nataleno puro y aire en exceso. Lstos se presurian: se calientan y se *aporian: el nataleno reacciona en un reactor de lec!o luid iado con un cataliador de óxido de *anadio en s"lica -el. =as reacciones son>
= proceso industrial: el nataleno l"uido se inyecta en la capa de tor%ellino. +omo -as de tor%ellino se emplea aire precalentado. Benta1as. •
Distri%ución uniorme de temperatura en todo el cataliador
•
Posi%ilidad de r#pido y #cil cam%io del cataliador
•
=a eliminación del calor por ciclación en circuito secundario del cataliador
/s" se consi-ue un lu1o ele*ado del nataleno y alta con*ersión: es decir: un ele*ado rendimiento *olumen&tiempo. =a selecti*idad en an!"drido t#lico alcana el C6 ?. Ana parte del an!"drido se puede aislar en orma l"uida.
)* +IDACI%N DE NAF"ALEN A AN'ÍDRID F"(LIC s en un reactor de tipo !etero-0neo es decir reactantes en ase -aseosa y cataliador en ase sólida con operación continua esta%le: de orma tu%ular con las part"culas del cataliador en lec!o luid iado discontinuo y es un proceso isot0rmico por sus condiciones de temperatura. ntra nataleno liuido se %om%ea directamente al reactor: entra por aspersión en el lec!o ormado por cataliador inamente di*idido: inmediatamente se *aporia por contacto con el aire ue es pre*iamente calentado y comprimido ue entra a la %ase del reactor %a1o el plato de distri%ución perorado. =a mecla de aire&*apor de nataleno luye en sentido ascendente a tra*0s del lec!o luid iado eectu#ndose la reacción de oxidación del nataleno a! /n!"drido Jt#lico: óxidos de car%ono: *apor de a-ua y una peue
+ircula a-ua en su punto de e%ullición ue se utilia para la -eneración de *apor sin la necesidad de tener un a-ente secundario de transmisión de calor. =as part"culas inas del cataliador son arrastradas en la corriente de los productos -aseosos recuper#ndose en un separador ciclónico interno: con el in de !acer una completa recuperación: los -ases contiene una peue
/J4ONAIO/ =a *itamina es un deri*ado de la natouinona. =a *itamina es un con1unto de *arios deri*ados
de
la
2&metil&natouinona
ue
poseen
propiedades
coa-ulantes.
Ber anexo C Jic!a de se-uridad de la atouinona) +I DO , QO I+O l #cido %enoico es uno de los conser*antes m#s empleados en todo el mundo. /unue el producto utiliado en la industria se o%tiene por s"ntesis u"mica: el #cido %enoico se encuentra presente en orma natural en al-unos *e-etales: como la canela o las ciruelas por e1emplo. l #cido %enoico es especialmente eica en alimentos #cidos: y es un conser*ante %arato: Ktil contra le*aduras: %acterias menos) y mo!os. us principales incon*enientes son el ue tiene un cierto sa%or astrin-ente poco a-rada%le y su toxicidad: ue aunue relati*amente %a1a: es mayor ue la de otros conser*antes. =a O considera como acepta%le una in-estión de !asta 5 m- por - de peso corporal y d"a. 4am%i0n es producto de partida en la producción de esteres del #cido %enoico ue se utilian en perumer"a. /l-unos esteres con alco!oles de cadena m#s lar-a se utilian tam%i0n para a%landecer pl#sticos como el P B+. l peróxido del #cido %enoico se utilia como iniciador de reacciones arias. Ber anexo 8Jic!a de se-uridad del cido ,enoico) +ODI+ IO D OP R/+I. Relación aire ; nataleno> es de (2.5 4emperatura. 363.3 a 3C$.5 M+ Presión. /limentación 6.62 atm.
h t t , , ) te n t)do/.co 0 i 0 12334 5* +IDACIN DE R"-+ILEN A AN'IDRID F"ALIC = an!"drido t#lico se produce tam%i0n por la oxidación catal"tica de o&xileno con aire en exceso: estos se presurian: se calientan y se *aporian: en un reactor PJR con un cataliador de B2O5: teóricamente se predicen rendimientos del (35? aunue en la pr#ctica no se !aya lo-rado tales ni*eles9 en /lemania se !an o%tenido rendimientos !asta del (26?: a ni*el nacional: en +/R,ONAII+/ se !an o%tenido rendimientos del ((5?. l an!"drido de t#lico se produce por la oxidación de o&xileno como si-ue> =as reacciones son>
Producción de Anhídrido Ftálico
Reacciones secundaria.
DESCRIPCIN DEL PRCES. n este m0todo se emplea o&xileno de un $5? de purea: ue se oxida a 3C5&6(7M+: con exceso de aire so%re cataliadores de B2O5 en reactores multitu%ulares de aproximadamente (7777 tu%os. l an!"drido t#lico se o%tiene con una selecti*idad del C8? o&xileno) y tras una destilación en dos pasos: se o%tiene con una purea de por lo menos $$.8?. +omo su%producto se o%tiene #cido t#lico: talida: an!"drido maleico: entre otros. l an!"drido maleico 5 H- por cada (77 H- de an!"drido t#lico) es un su%producto *alioso ue se puede aislar económicamente. e-Kn un nue*o desarrollo en el proceso *on !eyden ue emplea reactores multitu%ulares de construcción especial ue: !aciendo uso de un %a
a!orro
de
Para este proceso se una un reactor con tu%os *erticales de lec!o i1o. interior de 25 mm.
+on tu%os de di#metro
Producción de Anhídrido Ftálico htt,666.7uinitron.co0,roducto/.ht0
Producción de Anhídrido Ftálico =os cuales contienen el cataliador. 4am%i0n la cu%ierta tiene un nKmero de discos de ruptura para miti-ar la presión. Oxidación y Destilación.& l o&xileno calentado se inyecta dentro de un lu1o comprimido (.5 %ar): iltrando y precalentando el aire. sta mecla de -as entra en el reactor: donde se pone en contacto con el cataliador *ida Ktil de 3 a
$$.$? de purea con peue
htt,0)8in1er./i/i5.uchile.clre,o/itorio),cienci)/97ui0ic)/9:9;)r0)ceu.ht0l Durante el proceso se orman su%productos de la reacción los cuales se enumeran a continuación>
/IDRIDO /=I+O
uc!as sustancias u"micas comerciales se pueden o%tener a partir del /n!"drido al0ico como> /cido um#rico: /cido succ"nico: /cido asp#rtico y el cido tart#rico. l cido suloc"nico producido a partir del /n!"drido al0ico es utiliado para la producción de a-entes !umectantes. uc!os de los deri*ados del /n!"drido al0ico tienen importancia en la industria armac0utica: textiles: u"micos para oto-ra"a: a-entes de acti*idad supericial: a-entes de %ronceado y aditi*os del petróleo. +omo consecuencia de las propiedades de reacti*idad dadas por los do%les enlaces del anillo: el /n!"drido al0ico se puede utiliar para en reacciones de poli condensación y poli adición.
Producción de Anhídrido Ftálico
