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DISEÑO DE UNA PLANTA QUIMICA PARA LA PRODUCCION DE FENOL

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by

Berenice Montes

on 9 December 2014

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Transcript of DISEÑO DE UNA PLANTA QUIMICA PARA LA PRODUCCION DE FENOL

Descripción general del proceso,
1.- Cumeno-Fenol
Ubicación de la planta.
Usos.
PLANTA DE FENOL
RAZONES PARA ABRIR UNA PLANTA DE FENOL EN MEXICO.
Los Estados Unidos se convirtieron en el productor más importante. En 1952, 85% de la producción mundial de fenol se obtenía por procedimientos sintéticos, y en los Estados Unidos se fabricó 75% del fenol total. El fenol es un compuesto cristalino blanco, que se funde a 41C en un líquido incoloro y tiene un olor característico.
COATZACOALCOS,
VERACRUZ
Posee el puerto marítimo más importante sobre el Golfo de México.
Objetivo.
Materias primas.
En la primera etapa el cumeno se oxida con aire y sosa cáustica como acondicionador del medio, para producir hidroperóxido de cumeno, según el siguiente esquema de reacción:
Proceso de Oxidación:
Reactor de lecho fijo.
Producción de cumeno a partir de benceno y propileno en un reactor de lecho fijo a 600 K y una presión de 10 atm.
Reactor de flujo tubular.
CSTR
Hidroperóxido de cumeno es mezclado con ácido sulfúrico en un CSTR (Continuous-Stirred Tank Reactor) para su descomposición a fenol y acetona a temperatura de 313-373 K
Tipos de separadores: Columnas de destilación
Condensador.
Tipos de reactores.
Balance de materia y energía: Produccion de cumeno
Reactor
Bombas.
Balance de materia y energía: Producción de fenol.
Columnas de destilación.
PRESENTADO POR:

ARJONA PEREZ GABRIEL
CERVERA CHIN KARLA
ESTRELLA MILLAN YORDI
GONZALES JACK
MONTES RAMIREZ BERENICE
JIMENEZ PATRACA EDDER
SALCEDO MALPICA MARIA
SMITH ELDY
VEGA BOTE ABEL

MUCHAS GRACIAS
El presente proyecto trata sobre el diseño de una planta productora de fenol, el fenol posee múltiples usos a nivel químico, industrial y farmacéutico por ejemplo, pero su principal uso radica en resinas fenólicas.
Capacidad instalada para la producción de petroquímicos intermedios por productos seleccionadosSerie anual de 2002 a 2007(Toneladas)
RUTAS DE OBTENCION DE FENOL
Obtención de fenol a partir del Cumeno:
C6H5CH (CH3)2 → C6H5C (CH3) 2OOH C6H5C (CH3) 2OOH → C6H5OH + CH3COCH3
Obtención de fenol a partir del ciclohexano:
Obtención de fenol a partir del tolueno:
Matriz de selección.
Para ello se da una oxidación del Cumeno (primera etapa) y esta reacción es autocatalítica en esta etapa el cumeno se oxida con aire y sosa cáustica (acondicionador del medio) para producir hidroperóxido de cumeno.

La segunda etapa consta principalmente de la descomposición del propio hidroperóxido a fenol y un subproducto que es la acetona (luego de haber pasado por procesos intermedios de purificación, concentración, entre otros).
En el primer paso la oxidación de tolueno a ácido benzoico
En el segundo paso del proceso, el ácido benzoico se oxida al benzoato de fenilo en la presencia de aire y un catalizador mezcla de sales de cobre y el magnesio. El benzoato de fenilo se hidroliza con vapor de agua en el segundo reactor para producir dióxido de carbono y fenol.
En la oxidación del ciclohexano se obtiene una mezcla de ciclohexanol/ciclohexanona, que por deshidrogenación (a 400 C y con un catalizador de platino) se transforma en fenol. Esta alternativa de fabricación resulta antieconómica y, de hecho, se sigue el camino inverso, es decir, la fabricación de ciclohexanona a partir de fenol.
Producción de Fenol en el Mundo
Oferta y demanda de fenol 2009-2015
Introducción
El fenol es un producto obtenido de la reacción de cumeno con aire atmosférico donde existe una reacción intermedia muy importante que es la del hidroperóxido de cumeno con ácido sulfúrico diluido.

Existen varia vías para la producción de fenol como lo es la obtención de fenol a partir del tolueno, obtención de fenol a partir del ciclohexano y obtención de fenol a partir del cumeno, siendo la via y/o ruta cumeno la mas económica para su obtención.

Ventajas
El procedo de cumeno tiene muchos factores a su favor, ya que no se desperdician productos costosos, como el cloro, hidróxido de sodio y el ácido sulfúrico, pues posee condiciones suaves y el costo de sus equipos es bajo.
Desventajas
Una desventaja que puede ser manejable es la manipulación del hidróxido de cumeno ya que a ciertas condiciones de temperatura y concentración es explosivo y puede ser inflamable.
En Mexico existe la Planta Fenoquimia S.A de C.V en Cosoleacaque, Ver, con una Capacidad de 42 Ton/ Anuales teniendo su principal alcance basado en tres tecnologias claves:

La oxidación de cumeno, Division del Hidroperoxido de Cumeno (CHP) y la recuperación de alfa-metilestireno (AMS). Los procesos se iniciaron en 2001. Teniendo como resultados reales en la Etapa de oxidación de cumeno una selectividad: 94,5% en moles, etapa CHP una selectividad (AMS rendimiento)> 90% en moles y AMS pureza 99,6% en peso
Diseñar una planta capaz de producir 80,000 toneladas anuales de Fenol mediante la oxidación del Cumeno. El proceso conocido como fenol via cumeno se llevara a cabo en diferentes etapas usando como agente oxidante el oxigeno . Los reactivos con los que se contaran será Benceno y Propileno en ambos casos el proveedor será PEMEX.
A su vez se determinara que el proyecto sea viable técnicamente cumpliendo con la normatividad y legislación vigente.

Objetivos Específicos.
• Diseño y especificaciones de los equipos involucrados en el proceso.

• Comparación entre distintas tecnologías y criterios de selección.

• Diseño de los diagramas de ingeniería.

• Análisis de bases y criterios de diseño de la planta.

• Especificación de la capacidad y ubicación de la planta.

• Producción de 80,000 toneladas anuales con una pureza de 99%.

La ruta de reacción describe un procedimiento continuo para la preparación de cumeno mediante la reacción de benceno y propileno. La producción de cumeno se lleva mediante reacciones irreversibles.
Para producir cumeno se puede usar tecnología de alquilación basada en un catalizador tipo zeolita, utilizando como materias primas benceno y propileno. Esta tecnología, además de producir un cumeno de mejor calidad y con menor consumo de materias primas y energía, minimiza los problemas medioambientales que conllevaba el uso de catalizadores no regenerables que conllevan otras tecnologías más antiguas.
Ruta de Reacción
Reacciones Secundarias
Factores ponderados.
Fenol.
El fenol se usa principalmente en la producción de resinas fenólicas. También se usa en la manufacturación de nylon y otras fibras sintéticas al igual es muy utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica como un potente fungicida, bactericida, antiséptico y desinfectante , también para producir agroquímicos, policarbonatos, en el proceso de fabricación de ácidos acetilsalicídico (aspirina) y en preparaciones médicas como enjuagadientes y pastillas para el dolor de garganta.
El fenol posee derivados importantes que tienen los siguientes usos:O- terbutifenol .M- terbutilfenol, P- terbutilfenol, el P-terbutilfenol, P- teramilfenol, Heptilfenol entre otros mas.

La producción de fenol y acetona vía oxidación de cumeno se realiza en dos etapas: oxidación de cumeno a hidroperóxido de cumeno (CHP) y descomposición del CHP a fenol y acetona.
Después de una serie de etapas intermedias de purificación, concentración,etc., el CHP se escinde en medio ácido para formar fenol y acetona, según la siguiente reacción:
Se separa el cumeno que no reacciono del hidroperóxido de cumeno usando destilación a temperaturas debajo de 100 C para minimizar la descomposición del hidroperóxido de cumeno. Las columnas de este proceso son empacados, usando cumeno nuevo en el reflujo. Se lava el cumeno de este proceso con una solución diluida de soda caustica para quitar lo que son ácidos orgánicos o trazas de fenol.
Si hay una parada en este proceso se usa cumeno para sacar todo el hidroperóxido de cumeno para evitar una reacción con el producto acido del escisión a 50⁰ C.
Proceso Catalítico
La elección del reactor está diseñada para llevar a cabo una reacción la cual se divide en dos procesos, un reactor para el proceso de alquilación y otro para el proceso de transanquilación. Los balances de materia pueden hacerse sobre la base de la velocidad volumétrica de flujo v, que es constante en todo el sistema del reactor.
Proceso de destilación.
Este proceso se lleva mediante cinco columnas de destilación (torres) y se describen a continuación:
Torre 1
Los productos de la escisión se llevan a columnas de destilación para separar y purificar los componentes deseados. En la primera columna (torre 1), se separa como destilado lo que es acetona y agua. Lo que sale en el fondo de la columna de acetona, entra en la primera columna de cumeno de donde sale como destilado cumeno, α-metilestireno, poco de fenol y agua.
Proceso de Escisión:
Torre 2.
En la segunda columna de cumeno, el cumeno sale como destilado y en los fondos donde sale α-metilestireno que se trata con hidrogenando a cumeno con un catalizador de paladio selectivo para evitar hidrogenar fenol. Después, se separa fenol del cumeno con un lavado usando una solución de sosa caústica. (Torre 5)
Torre 3
Los fondos de la primera columna de cumeno van otra columna llamada columna de alquitrán. Se separa fenol como destilado y usando resinas de intercambio iónico ácida se logra que salen poco de fenol y otras impurezas en los fondos.
Torre 4
Los fondos de este proceso van a la columna de fenol donde separa fenol puro de un corriente lateral superior y las impurezas se regresan a la columna anterior.
Proceso de Hidrogenación de AMS
En esta sección se hace reaccionar el alfa-metilestireno con hidrógeno para formar cumeno. El alfa-metilestireno se almacena en un tanque después de ser lavado con sosa para eliminar el fenol residual. La carga a la unidad es diluida con cumeno y mezclada con hidrógeno y se controla la temperatura a la entrada del reactor.
Parte del efluente del reactor es reciclada y la otra es enfriada como producto, enfriado y enviado a un botellón de separación del hidrógeno residual, que es enviado al sistema de antorcha. El líquido producto es enviado a la columna de lavado de cumeno.

Diagrama bloques de obtención.
Diagrama de proceso: Producción de Cumeno
Producción de fenol.
Mix 1
Mix 2
Intercambiadores de calor.
1
2
3
PLANTA PRODUCTORA DE FENOL
DISEÑO DE PROCESOS
EQUIPO 1

1
2
3
1
2
Consumo Anual de las materias primas.
Red de intercambio de calor.
Oxidación de cumeno a hidroperóxido de cumeno en columnas de oxidación (reactor de flujo tubular) con temperatura entre 350-390 K y presión entre 1-7 atm.
El cumeno producido en la primera etapa es separado y purificado en el tren de destilación de la mezcla efluente de reacción.
En la segunda etapa, planta de fenol, el cumeno es oxidado con aire para obtener hidroperóxido de cumeno (CHP) en un reactor multietapa en fase líquida. La mezcla es entonces destilada en un sistema de vacío. El CHP concentrado es entonces escindido a fenol y acetona en presencia de ácido como catalizador. El fenol y la acetona son purificados por destilación. operaciones en un mismo equipo.

Los condensadores de las columnas de destilación son internos
para minimizar la pérdida de carga. Un enfriador interno en fondos de la columna de minimiza la cantidad de CHP concentrado por seguridad mientras se enfría el CHP concentrado.

Mix 1
Reactor 1
Intercambiadores de calor
1
2
Reactor 2 y 3
Turbina/Compresor
Separadores.
1
2
Reactor catalítico
Torres de destilación
1
2
3
4
5
1.- Propileno-Benceno a Cumeno
Alimentación
90% propileno y 10% de propano a 25 °C y 35.5 bar, en fase líquida
El benceno que alimentado es de 35,600 kg/hr y la corriente de propileno-propano es de 49000 kg/hr.
Ambas corrientes se unen en un mezclador.
Una vez mezcladas, estas corrientes salen del mezclador a 72 °C y 35 bar, y pasan a un intercambiador de calor que adiciona 42’281,688.6 kJ/hr de calor para elevar la temperatura a 170 °C antes de entrar al reactor
Alquilación y transalquilación de los reactivos:
La corriente entra a un reactor tubular adiabático de 1.3 metros de diámetro y 7 de largo el cual utiliza zeolita como catalizador. La reacción ocurre en fase líquida y en ella se forma cumeno y diisopropilbenceno, los cuales salen del reactor a 392.3 °C y 34 bar. Las reacciones que se llevan a cabo son:

C_6 H_6+C_3 H_6→C_9 H_12 (Reacción principal)
C_6 H_6+〖2C〗_3 H_6→C_12 H_18 (Reacción secundaria)

Remoción del propano:
La primera columna tiene 16 etapas y opera a una presión aproximada de 12 bar a lo largo de ella
La alimentación se da en la etapa 9 y se separa El mayor porcentaje de propano que existe en la corriente proveniente del reactor.
Los fondos salen con un flujo de 68,433.5755 kg/hr el cual contiene benceno, cumeno y diisopropilbenceno a una temperatura de 261.6 °C. El calor removido en el condensador de esta columna es de 11’033,923.3 kJ/hr y el adicionado al rehervidor es de 18’211,683 kJ/hr.
Recirculación del benceno
La columna 2 tiene 25 etapas y opera a una presión aproximada de 1.2 bar a lo largo de ella.
La alimentación ocurre entre la etapa 15 y 16 y trabaja con una relación de reflujo de 2.1. El destilado sale a 82.8 °C y contiene 8,102.06308 kg/hr de benceno, asi como pequeñas cantidades de cumeno y DIPB.
Esta corriente se pasa por una bomba que aumenta la presión a 35.5 bar y a la salida de esta se recircula hasta la alimentación del proceso (mezclador).
Separación del cumeno
La columna 3 consta de 72 platos operando a una presión aproximada de 0.3 bar. La alimentación se ubica en la etapa 57 y tiene un reflujo de 0.63.
El destilado (38,915.8986 kg/hr) contiene cumeno con una pureza del 99.99% y pequeñas cantidades DIPB y benceno.
Esta corriente sale a 99.1 °C y 0.2 bar. Los productos de fondo (21,415.4282 kg/hr) contienen todo el DIPB y una pequeña fracción de cumeno (24 PPM) que salen a 167.8 °C y 0.4 bar.
Conclusiones.
Para el Rendimiento Global tenemos que se tiene del proceso un 91% produciendo de esta forma fenol con 99,9% de pureza.
El proceso que fue estudiado para la producción de fenol fue mediante la oxidación de cumeno y posteriormente para la descomposición a fenol en medio ácido del Hidroperóxido de Cumeno.
El diseño de reactores dentro de los procesos químicos indica que deben de considerarse diferentes factores que hacen de la Ingeniería Química base para fundamentar las teorías, se pueden observar diferentes conceptos, termodinámicos, de transferencia de masa y de calor, entre otros.
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