INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACAOBTENCIN DE ACETONA VA CUMENOAsignatura:

Seminario proyectos

de

ingeniera

de

Autores: Martnez Garca Alfredo

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Martnez Ruz Xicotncatl Abel Prez Salvador Argelia Kich Ruiz Cuevas Vernica Sandoval Cruz Jorge Luis Profesor: Martnez Canseco Jorge Miguel Grupo: QA8

4 de julio del 2011CONTENIDO Bases del proyectoEspecificaciones del proyecto Definicin del proyecto Bases del proyecto Alcance del proyecto Localizacin de la planta Abreviaturas Descripcin del proceso de fabricacin Introduccin Materias primas Mtodos de obtencin de anilina Especificacin de los componentes del proyecto

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Especificaciones de las materias primas Especificacin de los productos Usos de la anilina Descripcin detallada de los procesos escogidos Balance de materia Balance de energa Especificaciones y necesidades de los servicios Energa elctrica Agua de red Gas natural Equipos Lista de equipos Descripcin breve de los equipos principales Descripcin breve de otros equipos Hoja de especificaciones Control e instrumentacin Control e instrumentacin Introduccin Listados de lazos de control Descripcin, diagramas de los lazos del control y las hojas de especificaciones Vlvulas de control Tuberas, vlvulas y accesorios Designacin de las tuberas Clculos Normas de diseo Nomenclatura Aislamiento trmico Hoja de especificaciones Designacin de vlvulas Clasificacin de vlvulas Tipos de vlvulas Nomenclatura Listado de vlvulas Designacin de los equipos de impulsin Bombas Soplantes Seguridad e higiene Legislacin Clasificacin de los equipos Estudio bsico de seguridad y salud Objeto

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Alcance Identificacin de la obra y datos generales Identificacin de riesgos en proceso constructivo Medidas de proteccin a implantar Tcnicas generales de prevencin Equipos de proteccin individual (EPI s) Caractersticas y requisitos EPIS en las distintas actividades industriales Sistemas de proteccin colectiva Equipos de proteccin colectiva en las distintas actividades industriales Sealizacin Legislacin Seales visuales Seales luminosas Seales acsticas Vas de circulacin Sealizacin de conducciones Actuacin preventiva y primeros auxilios Caractersticas a cumplir en cierto trabajos Condiciones y requisitos a cumplir por la maquinaria Condiciones preventivas que deben reunir el centro de trabajo Medida de emergencia y evacuacin Botiquines Asistencia a accidentados Prevencin de riesgos de daos terceros Servicios de prevencin Coordinador de seguridad y salud Libro de incidencias Instalaciones medicas Instalaciones de higiene y bienestar Plan de seguridad y salud Proteccin contra incendios, explosiones y fugas Introduccin Normativa Tipos de fuego Instalaciones de deteccin, alarma y extincin. Emplazamiento de los locales Explosiones Fugas Almacenamiento y manipulacin de productos inflamables Normas de seguridad de la planta

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Plan de emergencia Medio ambiente Introduccin Impacto ambiental Proteccin de permetros de las captaciones de abastecimientos Permetros de proteccin Planes y programas en evaluaciones ambiental Sistemas de gestin medioambiental Legislacin aplicable Efluentes lquidos Efluentes slidos Efluentes gaseosos Contaminacin acstica Legislacin aplicable Fuentes de ruido Medidas preventivas Impacto visual Evaluacin econmica Valoracin econmica de la planta Gastos previos Capital inmovilizado Capital circulante Estimacin de coste de produccin Gastos de fabricacin Gastos generales Venta y rentabilidad de negocios Estimacin de los ingresos por ventas Estudio de rendimiento econmico Viabilidad e la planta Estimacin del precio del mercado de los productos Puesta en marcha y operacin Introduccin Puesta en marcha Operacin de la planta

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1. Especificaciones del proyecto 1.1.-Definicin del proyecto 1.1.1.-Objetivo del proyecto El objetivo del presente proyecto es el diseo de una planta para la fabricacin de acetona mediante oxidacin de cumeno. El proceso conocido como proceso acetona va cumeno, se llevar a cabo en diferentes etapa, usando como agente oxidante oxgenoz que se obtendr por medio de una corriente de aire. Adems de determinar que el proyecto sea viable tcnica y econmicamente, ha de cumplir toda la normativa y legislacin vigente.

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En el proyecto se incluyen el diseo de todos los equipos de proceso, los diagramas y planos Correspondientes . El diseo de la planta de produccin de acetona se lleva a cabo en base a unas determinadas especificaciones, las cuales se detallan a continuacin: Capacidad de produccin: 1300 Tm/ao. Funcionamiento de la planta: 300 das/ao. Presentacin de producto final: Acetona lquida pura lista para llenar cisternas a granel. 1.1.2.-Alcance del proyecto El presente proyecto incluye los siguientes puntos: implantacin, ingeniera,

cumplir la normativa legal vigente. io medioambiental de la planta a fin de que cumpla la normativa legal vigente.

Localizacin de la planta

La planta de produccin de acetona estar localizada en el trmino municipal de Etla, ms concretamente en el parque industrial.

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A la hora de disear la planta se ha de tener en cuenta que sta debe cumplir rigurosamente la normativa urbanstica municipal, en lo referente a distancias a viales y vecinos, altura de edificios, ocupacin de la parcela y edificabilidad.

A continuacin se demuestra un cuadro comparativo de las 2 opciones que se tomaron en cuenta para la instalacin de la planta.

Primera Opcin etla Factores Crticos Localizacin de Materias Primas Abastecimiento de Materiales 2 2 3 3 3 6 6 9 Ponderacin Evaluacin

Segunda Opcin zimatlan Puntos

Puntos Evaluacin

2 2 2

4 4 6

Disponibilidad de Mano de Obra 3

8

Terrenos disponibles Combustible Industrial Facilidades de Transporte Localizacin del mercado Facilidades de Distribucin Calidad de energa elctrica Disponibilidad de agua Condiciones de vida Leyes y reglamentos Equilibrio ambiental Clima Estructura tributaria Facilidades de instalacin Sindicatos y Conflictos Capital Intelectual

3 3 3 2 3 2 2 2 4 2 2 4 4 4 4

4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 3 2 2 3

12 9 9 6 9 6 6 6 12 6 4 12 8 8 12

2 3 2 3 2 3 2 2 2 2 4 2 2 1 3

6 9 6 6 6 6 4 4 8 4 8 8 8 4 12

Para insertar Suma 146 113

9

10

11

12

13

Villa de etla La superficie total del municipio es de 17.86 kilmetros cuadrados y la superficie del municipio con relacin al estado es del 0.02%. Orografa El municipio esta sentado en un valle, por tal motivo no cuenta con montaas, una parte de la poblacin esta sobre una pea o loma de pequea elevacin y la otra en plano. El templo y las oficinas principales del distrito estn sobre la pea o loma que inclina hacia el suroeste.

Hidrografa El ro Asuncin situado en la agencia de polica de Nativitas Etla, y el ro Salinas que atraviesa las agencias de Santo domingo Barrio Alto y Santo Domingo Bajo Etla. . INFRAESTRUCTURA SOCIAL Y DE COMUNICACIONES Educacin A nivel preescolar cuenta con un jardn de nios, de nombre Ovidio Decroly, a nivel primaria cuenta con dos escuelas primarias una que funciona con turnos matutino y vespertino y otra solamente matutino. a nivel secundaria cuenta con una escuela tcnica no. 84, a nivel bachillerato, cuenta con un CECYTE 05 y con el Centro de Estudios de Bachillerato.

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Abasto Cuenta con el mercado municipal Porfirio Daz, que se encuentra situado en el centro de la poblacin, y con tianguis que se instala todos los das mircoles de cada semana adems los habitantes acuden a la central de abastos de la Ciudad de Oaxaca para abastecerse de los productos de primera necesidad. El municipio cuenta con tiendas de abarrotes que expenden artculos de primera necesidad y otros productos. Deporte El municipio cuenta con canchas deportivas, en donde se practica el ftbol, bsquetbol y bisbol. Vivienda De acuerdo a los resultados que presento el II Conteo de Poblacin y Vivienda en el 2005, en el municipio cuentan con un total de 1,691 viviendas de las cuales 1,583 son particulares. Servicios Pblicos La cobertura de servicios pblicos de acuerdo a apreciaciones del ayuntamiento es de 61% en agua potable, 95% en alumbrado pblico y 49% drenaje urbano.

Medios de Comunicacin Los medios de comunicacin ms importantes en el municipio son las ondas de radio y televisin, as como la lnea telefnica, el correo y el telgrafo.

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Vas de Comunicacin El municipio cuenta con una carretera pavimentada que comunica con la carretera federal hacia la ciudad de Mxico y por otro lado hacia la ciudad de Oaxaca.

Nomenclatura

Nomenclatura de fluidos en la planta Nomenclatura Fluido

ACE FEN CUM H2O N2 O2 CaCO3 H2SO4 CO2 DMPC HPC

Acetona Fenol Cumeno Agua Nitrgeno oxigeno Cabonato de calcio Acido sufurico Dixido de carbono Dimetil fenil carbonilo Hidroperoxido de Cumeno

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AF AMS

Aceto fenona Alfa metil estireno

Nomenclatura para equipos

CDIGO EQUIPO T TO S C R Cx TL B C ICN ICO CD TR CA Tanque de almacenamiento Tanque oxidador Separador solido-liquido Condensador Reactor Concentrador Torre de lavado Bomba Compresor Intercambiador por conveccin Intercambiador carcasa y tubos natural Columna de destilacin Torre refrigeracin Caldera

1.2

DESCRIPCION DEL PROCESO DE FABRICACION

INTRODUCCIN

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Aunque el proceso es orientado a la produccin de fenol; la acetona ser un subproducto de la reaccin del cumeno con aire atmosfrico, donde existe una reaccin intermedia muy importante que es la del hidroperxido de cumeno con cido sulfurito diluido.

Si se observa en la literatura existen muchas vas para obtener acetona, como el mtodo del acetileno, el mtodo del propileno, de Isopropil alcohol, de cido actico, por destilacin de la madera, entre otros, pero es de notar que la va y/o ruta cumeno es la ms econmica para obtener acetona El proceso de cumeno tiene muchos factores a su favor, ya que no se desperdician productos costosos, como: el cloro, el hidrxido de sodio o el cido sulfrico. Posee condiciones suaves y el costo del equipo es bajo. Una desventaja que puede ser manejable, es la manipulacin del hidroperxido de cumeno, ya que a ciertas condiciones de temperatura y concentracin es explosivo y puede ser inflamable.

MATERIAS PRIMAS. A continuacin se exponen los procesos ms representativos para la obtencin de las materias primas bsicas necesarias para la produccin de resinas formofenlicas, as como los tipos de catalizadores y endurecedores ms usados. La produccin de acetona es de mucha importancia en la el mercado ya que se ocupa como materia prima, para la produccin de los siguientes derivados:

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Cianohidrina acetona para Metil metacrilato (MMA) 42% Bisfenol A 24% Disolventes 17% Derivados del Aldol (MIBK y MIBC) 13% Varios 4%

La aplicacin ms importante de la acetona se encuentra en la fabricacin de Metil metacrilato (MMA), mercado que experimenta una demanda creciente (3% anual) desde el 2002 por el incremento en los usos del Polimetilmetacrilato (PMMA), un material antifragmentacin alternativo al vidrio en la industria de la construccin. La demanda de Bisfenol-A y de resinas de policarbonato se ha duplicado en la dcada de los 1990, convirtindose en la segunda aplicacin importante de la acetona (7% incremento anual), demandada por la industria del automvil y de microelectrnica (fabricacin de discos CD y DVD). La demanda de acetona es un indicador del crecimiento econmico de cada regin ya que depende directamente de la marcha de las industrias del automvil, construccin y microelectrnica. As entre el 2000-2001 la demanda decreci un 9% mientras que en el 2002 apunt una recuperacin debido ala gran demanda que presenta.

Las ventajas del proceso se observan en la tabla siguiente. Caracteristicas de proceso Tecnologia avanzada Beneficios obtenidos Mejora de la obtencin de fenol y acetona. Baja formacin de compuestos pesados

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Optima red de intercambio de calor Tratamiento de agua integrado

Reduce el consumo de energa Bajo impacto ambiental. Reducido coste de tratamiento

Sistema de control avanzado

Optimiza la mejora de la planta. Eleva la eficiencia de los equipos y aumenta la calidad de los productos

En al siguiente tabla, se exponen algunas de las especificaciones de los productos obtenidos durante este proceso.

METODOS DE OBTENCION DE ACETONA MTODO DEL CUMENO: Proceso caracterstico promovido para la fabricacin de fenol como producto principal, y acetona como subproducto. ste fue desarrollado en la dcada de los 50`s y es uno de los procesos comerciales ms importantes para la obtencin de

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este producto, tanto para Estados Unidos, Gran Bretaa, Europa Occidental como a nivel mundial. El cumeno es oxidado al hacer burbujear aire u Oxgeno hacia Hidroperxido de cumeno, y ste a su vez es descompuesto bajo condiciones cidas y trmicas hacia la produccin de fenol y acetona.

La eleccin de este proceso es evidente, dado que se reporta como una sntesis donde no se desperdician productos costosos, posee condiciones suaves y un bajo costo de maquinaria y equipo, de acuerdo con la bibliografa estudiada. Un mtodo anlogo, es el proceso de p cresol a partir del p cumeno, aplicndose los principios mencionados anteriormente, aunque esta sntesis no es muy utilizada a nivel mundial.

MTODO DEL ACETILENO: sta sntesis consiste en pasar vapor de agua y acetileno sobre catalizadores adecuados como limonita parcialmente reducida por el Hidrgeno, xido de Torio o una sal doble de Torio con sales alcalinotrreas. MTODO DEL PROPILENO: Dentro del proceso de produccin del glicerol, implementado por Shell se encuentra la combinacin de acrolena ms alcohol isoproplico (IPA), para formar acetona y alcohol allico, a partir de:

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La acrolena es obtenida bajo oxidacin del propileno bajo catalizadores de xido de Cobre a 300-400 C y el I.P.A es obtenido bajo hidrlisis con agua de sulfato isoproplico, que a su vez se obtiene por absorcin de cido sulfrico bajo presiones crticas. El glicerol se obtiene al hacer reaccionar alcohol allico con perxido de hidrgeno:

CH2 = CHCH 2OH +H202 CH2OHCHOHCH2OHEn este proceso nuevamente se obtiene cetona como subproducto.

MTODO DE ISOPROPIL ALCOHOL: DESHIDROGENACIN:

El otro proceso comercial es la deshidrogenacin catalizada con xido de Zinc sobre piedra pmez u otro catalizador. Ocurre una reaccin endotrmica segn:

CH3CHOHCH3 + 65,5 ------------->CH3COCH3 +H2 OXIDACIN:

Una modificacin al proceso de deshidrogenacin es una reaccin de oxidacin catalizada que provee una reaccin endotrmica segn:

CH3CHOHCH3 + 1/202 CAT-400-600c>H20 +CH3COCH3

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Donde el catalizador puede ser el mismo utilizado en la deshidrogenacin. Es de notar que actualmente el I.P.A. por su condicin de alto costo, se est utilizando en procesos que proveen mejores productos y se est aprovechando para otras condiciones como biodiesels

MTODO DE CIDO ACTICO: Reaccin descubierta por Squibb hacia 1986, utiliza una descomposicin cataltica del cido actico libre, bajo catalizadores como carbn de madera, almina a 340 400C, xidos de Torio y Urano, Cobre a 390 410C, xidos y polvos de Zinc, entre otros; que proveen una afinidad hacia la reaccin principal y no la secundaria. 2CH3CO2 H

CH3COCH3 +CO2 +H2O CO2 +CH4

CH3CO2 H

MTODO DE FERMENTACIN: Mtodo biolgico que consiste en la fermentacin de sustancias que contengan almidn con bacterias como aceto butlicus que, adems, produce alcohol butlico, la bacteria aceto aethylicus o bacteria maserans. Se tiene conocimiento que ste mtodo es utilizado a nivel industrial en Francia y en Norteamrica, pero es de notar que debido al tiempo de residencia y/o fermentacin de 57 das, a hecho que esta industria sea relegada a otras especies tales como la fermentacin alcohlica.

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OTROS PROCESOS: Actualmente, se reportan otros mtodos que debido a su composicin y forma de tratamiento han pasado a un segundo plano. La obtencin de acetona a partir de acetato de Calcio es reportada hacia 1930, esto implica una destilacin seca sobre catalizador de Hierro, obtenindose una acetona bruta que luego tendr que ser purificada segn: (CH3CO2 )2 Ca

CaCO3 +CH3COCH3

Otro mtodo implica la destilacin madera que arroja un producto fraccionado de alcohol y del cual se obtienen productos como alcohol metlico y acetona. 1.3 Especificaciones de los componentes del proyecto Especificaciones de las materias primas

CUMENO

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Propiedades fsicas y qumicas

Peso molecular: 120.20 g/molFrmula molecular: C9H12 Frmula molecular (estructurada):

C6H5CH(CH3)2 Estado fsico: lquido. Color: incoloro. Olor: aromtico. Valor pH: no disponible. Viscosidad dinmica (20 C) 0.79 mPa*s Punto de fusin: -96 C Punto ebullicin (1013 hPa): 153 C

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Punto de ignicin: 420 C Punto de destello: 31 C cm3 Lmites de explosin: Bajo 0.8 Vol%, Alto 6.0 Vol% Presin de vapor (20 C): 5.3 hPa Densidad (20 C): 0.86 g/cm3 Solubilidad en: agua (20 C) insoluble, disolventes orgnicos (20 C) soluble Informacin complementaria: Destilable sin descomposicin a presin normal.

Identificacin de peligros Inflamable: Irrita las vas respiratorias. Txico para los organismos acuticos,

puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acutico. Nocivo: si se ingiere puede causar dao pulmonar.

Primeros auxilios Tras inhalacin: aire fresco. Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua, manteniendo

abiertos los prpados. Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar ropa

contaminada. Tras ingestin: beber abundante agua. Evitar vmito.

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En caso de vmito espontneo: peligro de aspiracin. Posible fallo pulmonar.

Consultar al mdico.

Medidas de lucha contra incendios Medios de extincin adecuados: CO2, espuma, polvo. Riesgos especiales: Combustible. Vapores ms pesados que el aire. Posible

formacin de mezclas explosivas con aire. Mantener alejado de fuentes de ignicin. Equipo de proteccin especial para el personal de lucha contra incendios:

Permanencia en el rea de riesgo slo con ropa protectora adecuada y con sistemas de respiracin artificiales e independientes del ambiente.

Manipulacin y almacenamiento. Estabilidad y reactividad Manipulacin: Mantener alejado de fuentes de ignicin. Evitar la carga

electroesttica. Almacenamiento: Bien cerrado, en lugar bien ventilado, alejado de fuentes de

ignicin y de calor. De +15 C a +25 C. Materias a evitar: oxidantes fuertes.

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Informacin toxicolgica

Toxicidad aguda: DL50 (oral, rata): 1400 mg/kg DL50 (dermal, conejo): 12300 mg/kg

CATALIZADOR Dentro del proceso de produccin de acetona por el mtodo de HOOK (Va cumeno) se pueden utilizar diferentes catalizadores cidos en la seccin de tratamiento del hidroperxido de cumeno para generar acetona y fenol por descomposicin del mismo. Para la escogencia del catalizador se debe de tener en cuenta que el mecanismo muestra que la reaccin es de carcter inico y se debe tener un compuesto que entregue en un medio (generalmente acuoso) iones H+. Compaas como BP Chemicals, Ltda, Hercules, Inc y UOP Cumox han utilizado generalmente cido sulfrico en su proceso (5-25 % peso a T. 50-70 C) puesto que es barato y presenta buenos resultados su utilizacin; otra clase de catalizadores cidos slidos han sido reportados, la U.S Pat N 4.490.565 que implementa el uso de Beta Zeolita, U.S Pat N 4.490.566 reporta el uso de

Contraint index 1-12 zeolite como ZSM-5, U.S Pat N 6.169.215 usa catalizadoresslidos formado por una modificacin de xidos de los metales del grupo IVB con los oxianiones de los grupos VIB y con sulfatos xidos de los metales de transicin, por ltimo la U.S Pat. 6.441251 reporta el uso de M41S que corresponde a un material slido con alto nmero de cidos sulfnicos y que poseen una gran actividad cida, el material del poro cristalino es un silicato o aluminosilicato trabajando a condiciones de T. 20-150 C y P. 1000 psig por contacto en una cama estacionaria o fluidizada.

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Al analizar lo anterior, se llega a la conclusin de que el cido sulfrico es el catalizador ms apropiado para el trabajo de descomposicin del HCP, dado que es ms barato, ms fcil de utilizar y asequible para este territorio, adems, es la materia prima ms utilizada en las industrias, la cual ha presentado buenos resultados; los catalizadores slidos reportados implican gastos energticos puesto que la temperatura a la que ocurre la reaccin es mucho mayor y la presin que se exige es mayor con la que se contara al trabajar con cido sulfrico.

CIDO SULFRICO

Propiedades fsicas y qumicas

Peso molecular: 98.08 g/mol Frmula molecular: H2SO4 Frmula molecular(estructurada): H2SO4 Estado fsico: lquido. Color: incoloro. Olor: inodoro. Valor pH a 49 g/l H2O (25 C): 0.3 Viscosidad dinmica (20 C): 26.9 mPa*s Punto de fusin: -15 C

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Punto de ebullicin: 310 C Punto de ignicin: no disponible. Punto de destello: no disponible. Lmites de explosin: Bajo no disponible, Alto no disponible.

Presin de vapor (20 C): 0.0001 hPa Densidad de vapor relativa: 3.4 Densidad (20 C): 1.84 g/cm3 Solubilidad (Atencin! calor), etanol soluble de calor). en: agua (20 C) soluble de

(Desprendimiento

(Atencin!)Desprendimiento Descomposicin trmica: 338 C

Primeros auxilios Tras inhalacin: aire fresco. Avisar al mdico. Tras contacto con la piel: Aclarar con abundante agua. Extraer la sustancia

por medio de algodn impregnado con polietilenglicol 400. Despojarse inmediatamente de la ropa contaminada. Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua, manteniendo los

prpados abiertos (al menos durante 10 minutos). Avisar inmediatamente al oftalmlogo.

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Tras ingestin: beber abundante agua (hasta varios litros), evitar vmitos

(Riesgo de perforacin). Avisar inmediatamente al mdico. No efectuar medidas de neutralizacin.

Medidas a tomar en caso de vertido accidental Medidas de precaucin relativas a las personas: No inhalar los vapores /

aerosoles. Evitar el contacto con la sustancia. Medidas de proteccin del medio ambiente: No lanzar por el sumidero. Observaciones adicionales: Eliminacin de la nocividad: neutralizar con sosa

custica diluida, cal, arena de cal o carbonato sdico.

Manipulacin y almacenamiento. Estabilidad y reactividad

Almacenamiento: Bien cerrado, seco. Temperatura de almacenamiento: sin

limitaciones.

Condiciones a evitar: Calentamiento fuerte. Materias a evitar: Agua, metales alcalinos, compuestos alcalinos, amonaco,

metales alcalinotrreos, soluciones de hidrxidos alcalinos, cidos, compuestos alcalinotrreos, metales, aleaciones metlicas, xidos de fsforo, fsforo, hidruros, halogenuros de halgeno, halogenatos, permanganatos, nitratos, carburos, sustancias inflamables, disolventes orgnicos, acetiluros, nitrilos, nitrocompuestos orgnicos, anilinas, perxidos, picratos, nitruros, litio siliciuro.

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Informacin complementaria: Higroscpico, corrosivo, incompatible con

metales, tejidos de plantas / animales. Informacin toxicolgica

Toxicidad aguda: DL50 (oral, rata): 2140 mg/kg (Con soluciones al 25%). CL50 (inhalativo, rata): 0.51 mg/l /2 h (referido a la sustancia pura).

Informaciones adicionales sobre toxicidad: Tras inhalacin de aerosoles: lesin delas mucosas afectadas. Tras contacto con la piel: graves quemaduras con formacin de costras. Tras contacto con los ojos: quemaduras, lesiones de la crnea. Tras ingestin: fuertes dolores (peligro de perforacin!), malestar, vmitos y

diarrea. Tras un periodo de latencia de algunas semanas, posibilidad de estrechamiento de la salida del estmago (estenosis del ploro).

Informacin complementaria: El producto debe manejarse con las precaucionesapropiadas para los productos qumicos. Especificaciones de los productos

FENOL

Propiedades fsicas y qumicas

Frmula

molecular

Peso molecular: 94.11 g/molFrmula molecular: C6H6O

(estructurada): C6H5OH Estado fsico: slido.

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Color: incoloro. Punto de ignicin: 595 C Olor: caracterstico. Punto de destello: 81 C cm3, Valor pH a 50 g/l H2O (20 C): 5 Viscosidad dinmica (50 C): 3.437 mPa*s Punto de fusin: 40.8 C Punto de ebullicin (1013 hPa): C o.c. Lmites de explosin: Bajo 1.3 Vol%, Alto 9.5 Vol% Presin de vapor (20 C): 0.2 hPa Densidad de vapor relativa: 3.24 Densidad (20 C): 1.06 g/cm3 Densidad de amontonamiento: 620 kg/m3 Solubilidad en: agua (20 C) 84 g/l, etanol fcilmente soluble, ter fcilmente soluble. 85

181.8 C

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Primeros auxilios Tras inhalacin: aire fresco. Llamar al mdico. Introduccin de oxgeno. Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Extraer la sustancia

por medio de algodn impregnado con polietilenglicol 400. Despojarse inmediatamente de la ropa contaminada. Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua manteniendo los

prpados abiertos (min. 10 minutos). Llamar enseguida al oftalmlogo. Tras ingestin: beber abundante agua; evitar vmitos (riesgo de perforacin!).

Aplicacin posterior: Carbn activo (20-40g de suspensin al 10%). Llamar inmediatamente al mdico. Medidas de lucha contra incendios Medios de extincin adecuados: Agua, espuma. Riesgos especiales: Inflamable. Vapores ms pesados que el aire. Con aire

se forman mezclas explosivas. En caso de incendio posible formacin de gases de combustin o vapores peligrosos. Manipulacin y almacenamiento. Estabilidad. y reactividad

Manipulacin: Proteger de la luz. Almacenamiento: Bien cerrado. Seco. Protegido de la luz. En lugar bien

ventilado. De +15 C a +25 C. Slo accesible a expertos.

Condiciones a evitar: Calentamiento. Materias a evitar: aluminio, aldehdos, halgenos, nitritos, nitratos, perxido de

hidrgeno / agua oxigenada / compuestos frricos, halogenatos, perxidos.

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Informacin toxicolgica

Toxicidad aguda: DLLo (oral, hombre): 140 mg/kg; DL50 (oral, rata): 317 mg/kg; DL50 (dermal, rata): 669 mg/kg, CL50 (inhalativo, rata): 316 mg/m3.

HIDROPERXIDO DE CUMENO 1. Propiedades fsicas y qumicas Estado fsico: lquido. Color: incoloro a amarillento. Olor: aromtico, dbilmente. Penetrante Viscosidad dinmica (20 C) 12 mPa*s Punto de fusin < -25 C Descomposicin trmica > 80 Punto de ebullicin (20 hPa) 116 C

Punto de destello 57 C Densidad (20 C) 1.03 g/cm3 Solubilidad en agua (23 C) 8 g/l acetona (20 C) soluble

metanol (20 C) soluble

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Identificacin de peligros Puede provocar incendios. Nocivo en contacto con la piel y por ingestin. Txico por inhalacin. Provoca quemaduras. Nocivo: riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposicin prolongada por inhalacin e ingestin.

Primeros auxilios Tras inhalacin: aire fresco. Avisar al mdico. Tras contacto con la piel: Aclarar con abundante agua. Extraer la sustancia

por medio de algodn impregnado con polietilenglicol 400. Despojarse inmediatamente de la ropa contaminada. Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua, manteniendo los

prpados abiertos (al menos durante 10 minutos).

Medidas de lucha contra incendios Medios de extincin adecuados: Agua, CO2, espuma, polvo. Riesgos especiales: Favorece un incendio. Alejar de sustancias combustibles. Manipulacin y almacenamiento. Estabilidad y reactividad

Manipulacin:

Indicaciones para una manipulacin segura: Evtese la generacin de vapores / aerosoles. Trabajar bajo vitrina extractora. No inhalar la sustancia.

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Observaciones sobre la proteccin de incendios y explosiones: Mantener alejado de fuentes de ignicin. Evitar la carga electroesttica.

Materias a evitar sustancias inflamables, fuerte soluciones de hidrxidos

alcalinos, cidos.

.

Informacin toxicolgica

Toxicidad aguda

DL50 (oral, rata): 382 mg/kg

Toxicidad subaguda a crnica.Tras inhalacin: Irritacin de las mucosas, tos y dificultad para respirar. Tras contacto con la piel: quemaduras. Riesgo de absorcin por la piel

ALFA-METILESTIRENO

Propiedades fsicas y qumicas

Peso molecular: 118.18 g/molFrmula molecular: C9H10 Estado fsico: lquido. Color: incoloro. Olor: desagradable. Valor pH a 500 g/l H2O 5-6

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Punto de fusin: -23 C Punto de ebullicin: 165 C Punto de ignicin: 420 C Punto de destello: 47 C Lmites de explosin: Bajo 0.9 Vol%, Alto 6.6 Vol% Presin de vapor (20 C): 2.9 hPa (30 C) 5.3 hPa (50 C) 15 hPa Densidad (20 C) 0.91 g/cm3 Solubilidad en: agua (20 C)

insoluble, etanol (20 C) soluble.

Primeros auxilios Tras inhalacin: aire fresco. Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar ropa

contaminada. Tras contacto con los ojos: aclarar con abundante agua, manteniendo abiertos los prpados. Llamar al oftalmlogo. Tras ingestin: Aplicacin posterior: Carbn activo (20-40g de suspensin al

10%). No provocar el vmito. Llamar al mdico.

Medidas de lucha contra incendios

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Medios de extincin adecuados: Agua, CO2, espuma, polvo. Riesgos especiales: Inflamable, vapores ms pesados que el aire. Con aire

se forman mezclas explosivas. En caso de incendio posible formacin de gases de combustin o vapores peligrosos.

Manipulacin y almacenamiento. Estabilidad y reactividad

Manipulacin: Observaciones sobre la proteccin de incendios y explosiones:

Mantener alejado de fuentes de ignicin. Evitar la carga electroesttica.

Almacenamiento: Bien cerrado, en lugar bien ventilado, alejado de fuentes de

ignicin y de calor. De +15 C a +25 C.

Materias a evitar: iniciadores de polimerizacin. Informacin complementaria: Mantener alejado de fuentes de ignicin.

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Propiedades fsicas y qumicas Peso molecular: 58.08 g/mol Frmula molecular: C3H6O Frmula molecular (estructurada): Punto de destello: < -20 C cm3 Lmites de explosin: Bajo 2.6 Vol% Alto 13 Vol% Presin de vapor (20 C): 233 hPa Densidad de vapor relativa: 2.01 Densidad (20 C): 0.79 g/cm3 Solubilidad en: agua (20 C) soluble, etanol soluble, ter soluble Constante dielctrica (25 C): 20.7

CH3COCH3 Estado fsico: lquido Color: incoloro Olor: afrutado Viscosidad dinmica (20 C): 0.32 mPa*s Punto de fusin: 95.4 C Punto ebullicin (1013 hPa): 56.2 C Punto de ignicin: 540 C Manipulacin y almacenamiento

Manipulacin: Evitar la carga electrosttica. Mantener alejado de fuentes de ignicin. Trabajar bajo vitrina extractora. No inhalar la sustancia. Evtese la generacin de vapores / aerosoles. Almacenamiento: Bien cerrado, en lugar bien ventilado, alejado de fuentes de ignicin y de calor. De +15 C a +25 C.

Identificacin de peligros

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Fcilmente inflamable. Irrita los ojos. La exposicin repetida puede provocar sequedad o formacin de grietas en la piel. La inhalacin de vapores puede provocar somnolencia y vrtigo.

Primeros auxilios por medios instrumentales. Mantener libres las vas respiratorias. Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar Tras inhalacin: aire fresco. En caso necesario, respiracin asistida o

ropa contaminada. Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua manteniendo

abiertos los prpados (al menos durante 10 minutos). Llamar al oftalmlogo. Tras ingestin: hacer beber inmediatamente abundante agua.

.2.6. Estabilidad y reactividad

Materias a evitar: Hidrxidos alcalinos, halgenos, hidrocarburos halogenados /hidrxidos alcalinos, halogenuros de halgeno, oxidante (entre otros CrO3, perxidos, cido ntrico, cido nitrante), halogenxidos, metales alcalinos, nitrosilos, metales, etanolamina.

Informacin complementaria: Sensible a la luz; sensible al aire; disolvente;materiales inadecuados: plsticos diversos, goma; en estado gaseoso / vapor existe riesgo de explosin con el aire.

Informacin toxicolgica

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Toxicidad aguda: DL50 (oral, rata): 5800 mg/kg; CL50 (inhalativo, rata): 76 mg/l /4 h; DL50 (dermal, conejo): 20000 mg/kg.

Informaciones adicionales sobre toxicidad: Tras inhalacin de vapores:irritacin de las mucosas, sueo, aturdido. A dosis elevadas: cefaleas, flujo salival, nuseas, vmito, vrtigo, narcosis. No puede excluirse: coma. Tras contacto con la piel: leves irritaciones. Accin desengrasante con

formacin de piel resquebrajada y agrietada. Tras contacto con los ojos: irritaciones. Riesgo de turbidez en la crnea. Tras ingestin: trastornos gastrointestinales, cefaleas, flujo salival, nuseas,

vmito, vrtigo, narcosis, coma.

1.4 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO Como se ha mencionado la acetona es un producto que puede obtenerse fcilmente por medio de determinados procesos en los cuales estn incluidos diferentes compuestos: pero es la va de cumeno la que mejor se adapta a las

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necesidades de montaje de un proceso; el mtodo de HOOK como es conocido ha sido implementado en casi todo el mundo en la produccin de fenol, resultando la acetona como un subproducto rentable que podra a llegar a dejar muchas ganancias, a continuacin se pretende ilustrar el trabajo de la planta con lo cual se recurrir a toda la informacin bibliogrfica que se tenga a la disposicin, se intentar ser muy prudentes con la informacin para no incurrir en ninguna contradiccin con lo que se trabaje industrialmente.

OXIDACIN Se realizar en una columna de burbujeo a la cual entrar aire atmosfrico por la parte inferior, con el propsito de hacerlo burbujear en el cumeno y provocar la oxidacin del mismo, ello provee una reaccin exotrmica que envuelve 356 Btu de calor por cada libra de hidroperxido de cumeno formado. Se pueden utilizar entre 3 a 4 oxidadores en serie ya que la conversin de cumeno a hidroperxido es baja, siendo la conversin del cumeno a hidroperxido de cumeno de 25 a 40 % (se escoger una conversin de 35%), adems, la reaccin debe ser catalizada utilizando un emulsificante (promotor) para mejorar la conversin a los valores mencionados, para ello se utiliza una solucin acuosa de carbonato de sodio o hidrxido de sodio utilizando relaciones de fase acuosa a orgnica de 2 a 5 (se utiliz una relacin de 2 con carbonato de sodio).

El mecanismo de reaccin predominante es la reaccin de radicales libres. Los pasos para formar el hidroperxido y dems compuestos es:

1. Se inicia la descomposicin de algunos hidroperxidos de cumeno (ROOH) para dar RO* y radicales OH*, los que reaccionan con el cumeno para formar radicales R*. 2. Se propagan los radicales R*, el cual forma rpidamente ROO* en la

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presencia de Oxgeno, adems, interacta con el cumeno para formar el hidroperxido y generar el radical R*. 3. Se termina cuando los radicales se recombinan; los principales productos formados en la oxidacin adems del HCP son productos que se originan a partir del radical RO*, siendo as la formacin de dimetil fenil carbinol (DMPC) a partir del cumeno, adems, se origina acetofenona por descomposicin Homoltica quedando un radical metilo que reacciona con Oxgeno para obtenerse otros productos como metanol, formaldehdo, cido frmico y dixido de carbono. Algunas condiciones son consideradas en la bibliografa, se reporta un tiempo de residencia de 3 a 6 horas, una presin ligeramente superior a la atmosfrica.

LAVADO Y CONCENTRACIN Al quedar la mezcla de reaccin despus del oxigenador con cierta cantidad CaCO3 se hace imprescindible realizar un lavado o en el ms apropiado caso una separacin por decantacin en la que se logre desagregar la solucin orgnica de la mezcla acuosa, pasando la S.O a un concentrador para llevar el HPC hasta una concentracin de 65 a 90 wt% (se escoger una concentracin de 90 wt%) en una torre de destilacin a vaco en la que se elimina gran cantidad de cumeno, normalmente, la destilacin es llevada en ms de una etapa, es de observar que concentraciones mayores de 92 wt% de HCP conducen una inestabilidad en el proceso que lo vuelve explosivo, y por lo mismo peligroso para cualquier trabajo con ste.

DESCOMPOSICIN DEL HIDROPERXIDO

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El hidroperxido de cumeno se descompone por completo, para dar inicialmente cantidades equimoleculares de fenol y acetona, se producen, adems, pequeas cantidades de a - metilestireno al deshidratarse el DMPC. Los pasos incluyen:

REACTOR:

Los productos de la mezcla de la oxidacin del cumeno se aaden en un reactor CSTR o BATCH (recipiente agitado) comercialmente en el que se produce una descomposicin de HCP al aadir un catalizador (lquido o slido); generalmente el cido sulfrico se utiliza en concentraciones entre 5 15 wt% (se escogi uno de 10wt%) suministrndolo por un acidificador de rejilla hacia la zona de reaccin, que est entre 50 y 90 C (termodinmicamente escogido en 50 C) por un tiempo suficiente de 30 a 120 minutos hasta bajar la concentracin de HPC entre 0,2 y 3 wt% (escogida una de 2 wt%). La reaccin de descomposicin de HPC en fenol y acetona es altamente exotrmica, por lo cual la temperatura es mantenida por medio de circulacin a travs de un sistema de refrigeracin; si al disear el reactor se escoge un sistema de enfriamiento alterno, se debe incluir el tiempo gastado en la refrigeracin, lo cual es funcin del diseo del sistema de intercambio de calor y de la naturaleza del fluido de enfriamiento; un lmite mnimo que se acostumbra utilizar es de aproximadamente 5 minutos, si el fluido usado es agua. Lo anterior implicara introducir un menor tiempo de residencia al emplear el sistema de refrigeracin.

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CONVERTIDOR:

La mezcla de reaccin del paso anterior es acondicionada a una temperatura entre 110 y 130 C bajo condiciones de flujo tapn (reactor PFR) por un tiempo suficiente para descomponer todo el HCP residual y convertir el DMPC en AMS, dado que, con estas condiciones es ms favorable su condicin.

TORRE DE LAVADO

Despus del convertidor, se hace necesario remover el cido residual y sales inorgnicas que pueden encontrarse con lo cual se neutralizan los productos de la descomposicin con fenxido de sodio u otra solucin alcalina como NaOH, algn lcali o resina de intercambio, adems, se puede adicionar agua a contracorriente dentro de la torre empacada.

ZONA DE DESTILACIN La separacin de los compuestos despus de la reaccin se lleva a cabo en columnas de destilacin, siendo la acetona el primer compuesto en volatilizarse

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al tener un punto de ebullicin de 56,1 C, luego el cumeno y a - metilestirenos y por ltimo el fenol con punto de ebullicin de 454,9 K.

Torre N 1:

En esta torre la acetona cruda que sale en la cima contiene agua y otros componentes, que son usualmente tratados con lcali en un lavado posterior y luego puede ser purificado por destilacin para venta. La columna de acetona es operada a una temperatura de cima entre 30 y 60 C, los fondos son preferiblemente establecidos a una temperatura entre 40 y 110 C particularmente deseables entre 50 y 80 C. La temperatura de la corriente tomada de un punto cualquiera de la altura de torre de destilacin de donde se obtiene la acetona pura, es preferible entre 30 y 60 C. Las etapas tericas de la columna son 10 y 120. La zona de condensacin (platos de cima) perteneciente a la columna de destilacin tiene una separacin potencial entre el 80 y el 99% preferiblemente entre el 90 y el 95%. La alimentacin a la columna de destilacin se produce en la seccin donde haya una separacin potencial entre el 0 y el 30% TORRE N 2: Se destilan los productos provenientes de la primera torre, principalmente AMS y Cumeno, que posteriormente pueden ser recirculados a la corriente del cumeno al pasar por un hidrogenador en presencia de Nquel entre Raney con un tiempo de residencia entre 15 y 30 minutos en el que se convierte el AMS en cumeno; si no se hace una recirculacin el AMS y el cumeno pueden ser separados mediante destilacin azeotrpica con agua. La cima de la columna de cumeno es preferiblemente operada de una manera suficiente a una temperatura de 40 a 170 C. La temperatura de fondos es preferiblemente entre 110 y 180 C. La temperatura de la corriente tomada desde un punto cualquiera de la altura de torre de destilacin de donde se

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obtiene el cumeno y/o AMS puros, es preferible entre 110 a 180 C. Las etapas tericas de la columna de cumeno estn entre 10 y 90. El plato de alimentacin ptimo de la fase orgnica de la columna anterior se realiza en la regin de la columna de cumeno que posee una separacin potencial entre 10 y 80%. El punto de derivacin en el que el cumeno y/o AMS es derivado se sita en la regin de la columna que posee una separacin potencial entre el 0 y el 50%. TORRE N 3:

Se separa el fenol crudo proveniente de la segunda columna, fenol que puede ser purificado por destilacin extractiva con agua o por tratamiento con una resina de intercambio inico cida y subsecuente destilacin. La columna de fenol crudo es preferiblemente operada en la parte superior de la columna a una temperatura entre 120 y 200 C, particularmente entre 130 y 180 C. La temperatura de fondos est entre 120 y 220 C. . La temperatura de la corriente tomada desde un punto cualquiera de la altura de torre de destilacin de donde se obtiene el fenol puro, es preferible entre 120 a 190 C, particularmente entre 140 y 190 C. Las etapas tericas de la columna estn entre 10 y 70. La alimentacin se realiza al lado de la columna que presente una separacin potencial entre el 0 y el 80%. La parte donde se deriva el fenol es tomado en el lado donde presente una separacin entre el 30 y el 90%.

1.5. BALANCES DE ENERGIA

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Las propiedades de los compuestos fueron sacadas del Langes Handbook

Chemistry. Tabla 6-1 de Jhon A. Dean, excepto las del hidroperxido decumeno que fueron sacadas de la pagina web Nist.

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Como la reaccin se efecta en fase lquida, tenemos que calcular la energa libre de Gibbs de la siguiente manera: El problema que se presenta, es que no se tiene la energa libre de Gibbs lquida del hidroperxido de cumeno, pues se necesita para calcular la energa de reaccin libre de Gibbs estndar; entonces, se procede a calcularla como se muestra a continuacin: e de Gibbs lquida: Como no se tiene la energa libre de Gibbs lquida del hidroperxido de cumeno, se debe calcular hallando en primera instancia, la entropa normal de evaporizacin y luego corregirla con la temperatura de ebullicin del hidroperxido de cumeno. Teniendo esta ltima, se calcula la energa libre de Gibbs de evaporizacin, para luego calcular lo deseado. Primero se determina la entropa normal de evaporizacin con la ecuacin de

Kistiakwsky del libro The properties of gases and liquids de Reid. Pg.230.

Ahora, se determina el Cp lquido por mtodos de grupos de contribucin a diferentes temperaturas, y as hallar una correlacin. Mtodo de Missenard. Pg.139 del Reid.

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Con la correlacin del Cp lquido del hidroperxido de cumeno, se puede calcular la entropa de evaporizacin estndar del hidroperxido de cumeno.

Las constantes del fenol y la acetona fueron sacadas del libro de Reklaitis. Calculando la entropa de evaporizacin estndar:

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Ahora, se calcula la energa libre de Gibbs gaseosa por el mtodo de contribucin de Joback. Pg.155 del Reid.

Despus de haber hecho todos los clculos pertinentes, se procede por ltimo al calcular la energa libre de Gibbs lquida del hidroperxido de cumeno.

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Con los calores de reaccin de todos los compuestos reaccionantes lquidos, se halla el calor de reaccin estndar.

Hallando el calor de reaccin estndar, se procede a corregir el calor de reaccin a diferentes temperaturas por medio de la ecuacin siguiente.

Este calor de reaccin a diferentes temperaturas, se realiz a travs del software

matlab, donde se grafic con respecto a la temperatura (ver en anexos).

Grfica N 2. Comportamiento del calor de reaccin con respecto a la Temperatura

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La grfica anterior indica que la reaccin del hidroperxido de cumeno es exotrmica y que a medida que aumenta la temperatura, tiende a volverse endotrmica, pero llega un momento (450K) donde y tiende a subir su exotermicidad con el aumento de la temperatura. Como esta reaccin es exotrmica se recomienda trabajar con un reactor que facilite el control de la temperatura. Como ya se determin la energa libre de Gibbs lquida del hidroperxido de cumeno, se dispone a calcular la energa libre de Gibbs estndar de la reaccin.

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Con la constante estndar y el calor de reaccin a las diferentes temperaturas, se calculan las constantes de equilibrio a esas temperaturas, de la siguiente manera.

Hallando las constantes de equilibrio a las diferentes temperaturas, se puede determinar la energa libre de Gibbs a diferentes temperaturas, con su respectiva constante de equilibrio.

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A continuacin se indican las grficas de la constante de equilibrio y la energa libre de Gibbs con respecto a la temperatura. Grfica N 3. Comportamiento de la constante de equilibrio con respecto a la temperatura.

La grfica N 3 indica que a menor temperatura, mayor es la constante de equilibrio; y entre ms grande sea la constante de equilibrio mayor ser la cantidad de productos que se tendrn.

Grfica N 4. Comportamiento de la energa libre de Gibbs respecto a la temperatura.

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Al observar la Grfica N 4. La energa libre de Gibbs nos indica, si la reaccin puede ser posible. En caso del hidroperxido de cumeno, es posible la reaccin por debajo de una temperatura de 84C. constitucin de la planta. Criterios a seguir en la construccin de la planta Se han tenido en cuenta distintos criterios para realizar la implantacin de la planta: Situar un nico acceso a la planta, para poder llevar un mejor control de todas las entradas y salidas. Situar las distintas reas de forma secuencial, de forma lgica de acuerdo con el orden del proceso productivo. Poner calles alrededor de cada rea para facilitar su acceso. No dejar ninguna calle sin salida.

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Situar la bscula cerca de la garita de la entrada, para que ningn camin descargue reactivo o se vaya con producto sin haber hecho la tara. Tener en cuenta la seguridad de los empleados con zonas de paso en el interior de los edificios. Colocar arcenes y pasos de peatones en las calles del interior de la planta. Se han considerado los siguientes parmetros para construir los edificios, las calles y parkings de la planta: Va de sentido nico: 5 metros de ancho. Va de doble sentido: 10 metres de ancho. Dimetro superior/inferior para el giro de los camiones: 12m/6m. Puerta de acceso a la planta: 10 metros de ancho. Puertas de acceso a los edificios: 2 metros de ancho. Arcenes: 1,5 metros de ancho. Plaza de parking para coches: 2 x 4,5m2. Plaza de parking para camiones: 4 x 15m2. 1.5.1 Descripcin de las zonas de la planta La planta de produccin de acetona est constituida por las siguientes reas:

rea 100-Tanques de almacenamiento de reactivos: En esta rea se encuentran los tanques de almacenamiento de colocados en el interior de un cubeto de retencin con el fin de evitar posibles fugas.

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rea 200-rea de reaccin: En esta zona se produce la reaccin de oxidacin del cumeno. El cumeno de alimentacin y el de reciclo se introducen en el reactor de oxidacin, fluyendo hacia abajo a travs de las diferentes secciones del reactor. El aire que se introduce por la parte inferior burbujea en la fase lquida. En cada una de las secciones se introduce una parte de la disolucin acuosa de sosa. El calor de reaccin se elimina mediante agua de refrigeracin en serpentines colocados en las diferentes secciones. El gas que sale por la cabeza del reactor se enfra retornando el condensado al reactor, y se descarga a la atmsfera. El lquido que sale del reactor (conteniendo 20 25 % de hidroperxido) se concentra primero en un evaporador de pelcula descendente y posteriormente en unos concentradores de doble tubo hasta el 80 90 % de hidroperxido. El cumeno recuperado se recicla al reactor de oxidacin.

rea 300-rea de tanques: En esta rea se encuentran dos tanques pulmn tambin colocados en paralelo. Estos tanques sirven de separacin entre las reas de reaccin y purificacin, permitiendo en caso de parada parcial de la planta seguir trabajando sin parar el proceso durante un cierto tiempo. Los tanques pulmn permiten almacenar el agua residual proveniente de la torre de destilacin con el fin de garantizar el suministro de esta al proceso en caso de una averarea 400-rea de purificacin: En esta rea se encuentran tres torres de destilacin)con el fin de purificar el corriente de salida del reactor para obtener acetona.

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rea 500-rea de almacenamiento de acetona: En esta zona se encuentran tanques para almacenar el acetona puro que sale por cabezas de la columna de destilacin . rea 600-rea de almacenamiento de subproductos: En esta zona hay dos tanques para almacenar subproductos uno para agua de procesos y otros y otro para fenol. rea 700-rea de tratamiento de aguas residuales: Esta zona consiste en una balsa aireada por la que pasa el agua residual de la planta antes de enviarse a la depuradora. rea 800-rea de tratamiento de gases: Se quieren minimizar las emisiones de COVs y H2SO4 a la atmosfera. Las corrientes gaseosas de salida de los oxidadores se envan a tratar en un reactor de oxidacin cataltica, seguido de dos torres de adsorcin y una antorcha. rea 900-Servicios: en esta planta se encuentran todos los servicio de la planta, como por ejemplo, las torres de refrigeracin, los chillers, calderas, etc.

rea 900-Servicios: rea 1000-Oficinas: En esta zona se encuentra el edificio de oficinas. En este hay los despachos de directivos y trabajadores, sala de reuniones, sala de descanso, etc. Tambin se

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encuentra aqu el laboratorio para realizar el control de calidad rea 1100-Parking: en esta zona se encuentran los aparcamientos de empleados y de camiones.

Plantilla de trabajadores La planta de produccin de acetona trabajar en continuo 300 das al ao, lo que supone un total de 7200 horas. La parada prevista para la planta se dividir en dos etapas, la primera de 35 das estar dedicada al mantenimiento, y la segunda de 30 das para vacaciones del personal. La primera etapa est prevista del 26 de junio al 1 de agosto, y la segunda del 1 al 31 de agosto. La planta dispondr de los siguientes grupos de trabajadores:

velarn por el buen funcionamiento de la planta desde la direccin, sala de control. Se requerir de 5 personas en este grupo.

industrial, la ingeniera qumica, la ingeniera mecnica, la ingeniera electrnica, Se necesitar un total de 10 personas, para as poder ser distribuidos en los diferentes horarios y cubrir las necesidades de personal.

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contabilidad, marketing, entrada y salida de materias primeras y atencin a los clientes. Habrn 6 personas para realizar estas tareas.

modificacin o mantenimiento de cualquier equipo. Este grupo constar de 50 personas. guridad y limpieza. Se requerir de un total de 10 personas para seguridad que estarn ubicados a la entrada de la planta para controlar, sobretodo, la entrada y salida de camiones. Para la limpieza de oficinas sern suficientes dos personas. En total se tendr una plantilla de 85 trabajadores. A continuacin, se detalla la distribucin de cada uno de los grupos. Teniendo en cuenta que los trabajadores tienen jornadas laborales de como mximo 8 horas y que pueden trabajar 5 das a la semana, se distribuir la plantilla de manera que no trabajen ms de 40 horas semanales para ahorrar en gastos de personal.

Los directivos, tcnicos y administrativos trabajarn en horario fijo de lunes a viernes de 9 a 17h con una hora para comer. Se ha de tener en cuenta que cada semana uno de los ingenieros responsables tendr que estar de guardia por si surge cualquier incidente en la planta, fuera del horario de su jornada

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laboral. Habrn dos personas encargadas del control de calidad de materias primeras y reactivos que trabajar en dos turnos, de 6 a 14h y de 14 a 22h. Los trabajadores de planta, operarios y obreros, estarn distribuidos en cinco turnos rotativos y se precisar de 10 personas en cada turno: -Primer turno: de lunes a viernes de 6-14h. -Segundo turno: de lunes a viernes de 14 a 22h. -Tercer turno: de lunes a viernes 22 a 6h. -Cuarto turno: fines de semana, sbado y domingo, jornadas de 12 horas en horario de 6 a 18h. -Quinto turno: fines de semana, sbado y domingo, jornadas de 12 horas en horario de 18h hasta las 6h. El personal de seguridad cumplir la misma distribucin y los turnos se realizarn en grupos de dos personas.

1.6

ESPECIFICACIONES DE SERVICIOS DE PLANTA

ABASTECIMIENTO DE AGUA

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Deber disponerse de suficiente abastecimiento de agua, a presin adecuada y de temperatura conveniente, as como de instalaciones apropiadas para su almacenamiento y distribucin. Se deber dotar de los implementos necesarios que garanticen que sta no ser contaminada. El vapor utilizado en superficies que estn en contacto directo con los productos, no deber contener ninguna sustancia que pueda ser peligrosa para la salud o contaminar al producto. El agua no potable que se utilice para la produccin de vapor, refrigeracin, lucha contra incendios y otros propsitos similares no relacionados con los productos, deber transportarse por tuberas completamente separadas identificadas por colores, sin que haya ninguna conexin transversal ni sifonado de retroceso con las tuberas que conducen el agua potable. Se debern realizar cada seis meses, las siguientes determinaciones en el agua de abastecimiento: - Contenido de Cloro - Dureza de agua (Contenido de calcio) - Anlisis microbiolgicos: (Mesfilos aerobios, Coliformes totales)

DEBIDO A LA IMPORTANCIA QUE REPRESENTA EL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Deber disponerse de suficiente abastecimiento de agua, a presin adecuada y de temperatura conveniente, as como de instalaciones apropiadas para su almacenamiento y distribucin. Se deber dotar de los implementos necesarios que garanticen que sta no ser contaminada.

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El vapor utilizado en superficies que estn en contacto directo con los productos, no deber contener ninguna sustancia que pueda ser peligrosa para la salud o contaminar al producto. El agua no potable que se utilice para la produccin de vapor, refrigeracin, lucha contra incendios y otros propsitos similares no relacionados con los productos, deber transportarse por tuberas completamente separadas identificadas por colores, sin que haya ninguna conexin transversal ni sifonado de retroceso con las tuberas que conducen el agua potable. Se debern realizar cada seis meses, las siguientes determinaciones en el agua de abastecimiento: - Contenido de Cloro - Dureza de agua (Contenido de calcio) - Anlisis microbiolgicos: (Mesfilos aerobios, Coliformes totales)

DRENAJE En las reas donde se utilice agua, se recomienda instalar una coladera por cada 37 m2 de superficie. Se pide un drenaje para el piso en el cual los puntos ms altos deben estar a no ms de 3 m de un drenaje maestro colector, la pendiente mxima del drenaje con respecto a la superficie del piso debe ser superior a 5%.

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En los establecimientos que as lo requieran, se instalarn trampas de grasa, las tuberas de desage de los inodoros deben descargar directamente al sistema de drenaje. Se cuidar que las tuberas de hierro o acero galvanizado sean de un dimetro interior de por lo menos 10 cm. (4 pulgadas). Los drenajes deben ser distribuidos adecuadamente y estar provistos de trampas contra olores y rejillas para evitar entrada de plagas provenientes del drenaje. Tanto los pisos, as como los drenajes deben tener la inclinacin adecuada para permitir un flujo rpido y eficiente de los lquidos desechados. Las caeras de drenaje deben ser de terminacin lisa para evitar la acumulacin de residuos y formacin de malos olores. Los establecimientos deben disponer de un sistema eficaz de evacuacin de efluentes y aguas residuales, el cual debe mantenerse en todo momento en buen estado. Todos los conductos de evacuacin (incluidos el sistema de alcantarillado) deben ser lo suficientemente grandes para soportar cargas mximas y se construirn separados 3 m como mnimo de las instalaciones de abastecimiento de agua potable, a manera de evitar contaminacin de la misma.

ILUMINACION Todo el establecimiento debe tener una iluminacin natural o artificial adecuada. Cuando as proceda, la iluminacin no debe alterar los colores, y la intensidad no debe ser menor de: 540 lux en todos los puntos de inspeccin 300 lux en las salas de trabajo.

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50 lux en otras reas. Los focos y lmparas que estn suspendidas sobre las materias en cualquiera de las fases de produccin deben ser de tipo inocuo y estar protegidas para evitar la contaminacin de los productos en caso de rotura. El mtodo de iluminacin est determinado principalmente por la naturaleza del trabajo, la forma del espacio que se ilumina, el tipo de estructura del techo, la ubicacin de las lmparas y el color de las paredes.

4.4 VENTILACION Deber proveerse una ventilacin adecuada para proporcionar el oxgeno suficiente, evitar el calor excesivo, la condensacin de vapor, el polvo, y para eliminar el aire contaminado. La direccin de la corriente de aire no deber ir nunca de una rea sucia a una rea limpia. Deber haber aberturas de ventilacin provistas de una pantalla, o de otra proteccin de material anticorrosivo. Las pantallas deben poder retirarse fcilmente para su limpieza.

LOS FACTORES DE LOS QUE DEPENDE UN SISTEMA GENERAL DE VENTILACION SON: Nmero de personas que ocupan el rea, oficina o planta. Condiciones interiores del ambiente fsico del local, (temperatura, luz, humedad). Tipo de productos que se elaboran. Condiciones ambientales exteriores.

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Tipo de actividad realizada (proceso) en las reas que requieren ser ventiladas y grado de contaminacin de las mismas. Una ventilacin natural se puede lograr mediante, ventanas, puertas, tragaluces, ductos conectados a rejillas y aberturas especialmente diseadas para tal fin. En caso de contar con equipo de ventilacin o de extraccin de aire, no debern ser fuentes de contaminacin al proceso por arrastre de partculas en el aire. La contaminacin de los productos a partir del medio ambiente puede ser importante tanto por razones sanitarias como econmicas. Algunos organismos patgenos, especialmente los causantes de infecciones respiratorias, pueden llegar por medio del aire a los empleados que manipulan el producto en las empresas, y a los mismos productos. El aire carece de una flora microbiana propia, ya que todos sus grmenes se encuentran all accidentalmente y, en general, se hallan sobre partculas slidas en suspensin o en pequeas gotas de agua. Los microorganismos llegan al aire por medio del polvo, tierra seca, salpicaduras de las corrientes de agua, lagos o mares, gotitas expulsadas al toser, estornudar o hablar, hongos esporulados que crecen en paredes, techos, suelos, productos e ingredientes. De aqu que el medio ambiente que rodea una instalacin deba ser cuidado y controlado adecuadamente. Segn las necesidades se recomienda instalar aparatos de extraccin y ventilacin para remover efectivamente el aire, olores de la planta y para proporcionar ambiente adecuado de trabajo. Peridicamente, se recomienda de acuerdo con la naturaleza de las actividades de los establecimientos, realizar anlisis microbiolgicos con placas expuestas al medio ambiente.

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RECIPIENTES PARA LA BASURA Los establecimientos que se dediquen al proceso de productos contarn con una rea exclusiva para el depsito temporal de desechos. Los recipientes de basura en la planta deben estar convenientemente ubicados, deben mantenerse de preferencia tapados e identificados. Es necesario especificar, naturaleza y estado fsico de los desechos, mtodos de recoleccin y transporte, frecuencia de recoleccin y otras caractersticas mnimas de la basura como: aristas cortantes, toxicidad, flamabilidad y otras. El rea central de coleccin de basura debe tener construccin sanitaria que facilite la limpieza evitando acumulacin de residuos y malos olores. Esta rea debe estar delimitada y fuera de las reas de produccin. Se recomienda tomar en cuenta los vientos dominantes para evitar que stos acarreen malos olores dentro del establecimiento. La basura debe ser removida de la planta, por lo menos, diariamente. Y se recomienda separar los desechos orgnicos de los inorgnicos.

DUCTOS Las tuberas, conductos, rieles, vigas, cables, etc., no deben estar libres encima de tanques y reas de trabajo donde el proceso est expuesto, ya que stos constituyen riesgos de condensacin y acumulacin de polvo que contaminan los productos. Y en donde existan deben tener libre acceso para su limpieza. De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana expedida por la Secretara del Trabajo y Previsin Social. 1993. NOM-027-STPS-1993, seales y avisos de seguridad e higiene. Mxico, D.F

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Se recomienda observar el siguiente, cdigo de colores para pintar las tuberas:

- EQUIPOS2.1.- LISTA DE EQUIPOSLocalizacin

ACETON AETAPA PROCESO Oxidacin DEL N 4 DESCRIPCIN Columna de burbujeo Lavado y concentracin 1 Decantador

Listado de equipos

Planta fecha

Produccin de acetona

PARMETRO CARACTERSTICO

VALOR 35%

MAT. CONSTRUCCIN

OBSERVACIN Pueden usarse de 3 a 4

Conversin de cumeno

Concentracin

65-90 Wt%

71

1

Intercambiador de calor

Temperatura

298-303 K

1

Torre de destilacin Reactor BATCH

Concentracin

92 Wt%

Se trabajara a vacio

Descomposicin del hidroperxido

1

Temperatura

50 C

tiempo 1 REACTOR PFR Temperatura 130 C

120 min 110-130c

Torre de lavado

1

Torre de lavado

pH

base

Zona de destilacin

3

Columna de destilacin

temperatura

30-40C

2.2 DESCRIPCIN BREVE DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES

COLUMNA DE BURBUJEO: Columna de burbujeo, que comprende un recipiente con forma de columna con zona de lodos, zona central y zona de cabeza, uno o varios fondos perforados dispuestos horizontalmente en la zona central, cuya superficie abierta es del 3 a 20 %, con dispositivos para la aportacin y la evacuacin de una fase lquida as como de una fase de gas para el funcionamiento de la columna de burbujeo en contracorriente, caracterizada porque los fondos perforados poseen sobre la seccin transversal de la columna una distribucin esencialmente uniforme de los orificios, porque la superficie de la seccin transversal de los diferentes orificios es de 0, 003 a 3 mm2 y porque las zonas que se hallan por encima y por debajo de un fondo comunican entre s a travs de al menos una bajante (downcomer) para el paso de lquido, al mismo tiempo, que la bajante se construye como tubo circular dispuesto en el fondo o como tolva con forma de

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segmento o como un tubo exterior, que comunica dos zonas adyacentes, de tal modo, que en el estado de funcionamiento no sea recorrido por el gas. DECANTADOR: Decantadores estticos. Caracterizados por que la recogida de los flculos se hace por simple sedimentacin. Los decantadores estticos pueden ser intermitentes en los el agua el llena un depsito en el que permanece varias horas, posteriormente se vaca la capa superior de agua hasta un nivel por encima de los fangos depositados. Este procedimiento puede ser interesante para instalaciones provisionales o pequeas instalaciones, pero escasamente til para explotaciones industriales de la decantacin. Ms utilizados son los de flujo continuo en los cuales el agua entra de forma continua en el decantador, este procedimiento resulta el ms rentable en una explotacin permanente, pero requiere un control del caudal, ya que sus variaciones provocan la formacin de remolinos que a su vez, propician la ascensin de los flculos a la superficie. Para que se depositen los fangos, es preciso que la velocidad ascensional sea inferior a la velocidad de cada de las partculas.

INTERCAMBIADOR DE CALOR Tipos de intercambiadores de calor segn su construccin Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable variedad de formas y tamaos, la construccin de los intercambiadores est incluida en alguna de las dos siguientes categoras: carcaza y tubo o plato. Como en cualquier dispositivo mecnico, cada uno de estos presenta ventajas o desventajas en su aplicacin. Carcasa y tubo Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor llamado carcaza. El ujo de uido dentro de los tubos se le denomina comnmente ujo interno y aquel que uye en el interior del contenedor como uido de carcaza o uido externo.

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En los extremos de los tubos, el uido interno es separado del uido externo de la carcaza por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos uidos presentan una gran diferencia entre sus presiones, el lquido con mayor presin se hace circular tpicamente a travs de los tubos y el lquido con una presin ms baja se circula del lado de la cscara. Esto es debido a los costos en materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para soportar presiones ms altas que la cscara del cambiador con un costo mucho ms bajo.

Funcionamiento de los intercambiadores de calor Como hemos visto hasta ahora, la funcin general de un intercambiador de calor es transferir calor de un uido a otro. Los componentes bsicos de los intercambiadores se pueden ver como un tubo por donde un ujo de uido est pasando mientras que otro uido uye alrededor de dicho tuvo. Existen por tanto tres intercambios de calor que necesitan ser descritos: 1.- Transferencia de calor convectiva del uido hacia la pared interna del tubo 2.- Transferencia de calor conductiva a travs de la pared del tubo 3.- Transferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el uido exterior. Para desarrollar la metodologa para el anlisis y diseo de un intercambiador de calor, atendemos primero el problema de la transferencia de calor del uido interno en el tubo hacia el uido externo en la carcaza. Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes: Calentar un uido fro mediante un uido con mayor temperatura.

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Reducir la temperatura de un uido mediante un uido con menor temperatura. Llevar al punto de ebullicin a un uido mediante un uido con mayor temperatura. Condensar un uido en estado gaseoso por medio de un uido fro. Llevar al punto de ebullicin a un uido mientras se condensa un uido gaseoso con mayor temperatura.

TORRE DE DESTILACIN: Una columna de destilacin simple es una unidad compuesta de un conjunto de etapas de equilibrio con un solo alimento y dos productos, denominados destilado y fondo. Incluye, por lo tanto, una etapa de equilibrio con alimentacin que separa dos secciones de etapas de equilibrio, denominadas rectificacin y agotamiento. Se requiere de un dispositivo, como un rehervidor, donde se transfiera calor al lquido que emerge de la etapa de equilibrio correspondiente al fondo de la columna para vaporizarlo parcialmente, de tal manera que la fraccin vaporizada se recircula al fondo de la columna y se mantenga en un flujo ascendente a travs de la columna. La fraccin no vaporizada se remueve como producto de fondo. El vapor que emerge de la etapa superior de la seccin de rectificacin es condensado, y el lquido resultante se divide en dos fracciones. Una fraccin se remueve como el producto de tope o destilado. La otra fraccin lquida, denominada reflujo, se recircula al tope de la columna y se mantiene en un flujo descendente a travs de ella, estableciendo el contacto requerido con la fase vapor ascendente para la transferencia de masa deseada en cada una de las etapas de equilibrio lquido - vapor. En la gran mayora de columnas de destilacin, el rehervidor es parcial pero el condensador puede ser total o parcial. Un condensador es total cuando todo el vapor del tope de la columna es completamente condensado, en el caso contrario se conoce como un condensador parcial. Si toda la fraccin

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condensada se recircula a la columna se dice que la columna opera a reflujo tota.

REACTOR BATCH: El reactor tipo batch es un reactor donde no existe flujo de entrada y de salida, es smplemente un reactor con un agitador que homogeniza la mezcla Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reaccin, sino mas bien, al inicio del proceso se introducen los materiales, se lleva a las condiciones de presin y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempo preestablecido, luego se descargan los productos de la reaccin y los reactantes no convertidos. Las ventajas del reactor mienten con su flexibilidad. un solo recipiente puede realizar una secuencia de diversas operaciones sin necesidad de romper la contencin. REACTOR PFR: Un reactor PFR es bsicamente un tubo donde se realiza una reaccin con cambios axiales en la concentracin, la presin y la temperatura. Los reactores PFR, a menudo, se construyen de muchos tubos de pequeos dimetros y de grandes longitudes y se emplean con fluidos a grandes velocidades y pequeos tiempos espaciales. Esto minimiza el mezclado axial del fluido, limita los perfiles radiales de temperatura y provee el rea de transferencia de calor necesaria. Los tubos se arreglan en un banco como en los intercambiadores de calor. Si no se desea intercambio calrico en la zona de reaccin, puede utilizarse uno o una serie de lechos empacados de dimetros ms grandes.

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En un PFR, uno o ms reactivos lquidos se bombean a travs de una tubera o tubo. En este tipo de reactor, el cambio de velocidad de reaccin crea un gradiente con respecto a la distancia recorrida, en la entrada de la PFR la tasa es muy alta, pero como las concentraciones de reactivos y la disminucin de la concentracin del producto (s) aumenta la velocidad de reaccin disminuye. Algunos aspectos importantes de la PFR:

Todos los clculos realizados con PFR no asumen ninguna anterior o posterior a la mezcla, como lo implica el trmino "flujo de pistn".

Los reactivos pueden ser introducidos en la PFR en los lugares en el reactor que no sea el de entrada. De esta manera, una mayor eficiencia se puede obtener, o el tamao y el costo de la PFR pueden ser reducidos.

A PFR normalmente tiene una mayor eficiencia de un reactor de mezcla del mismo volumen.

TORRE DE LAVADO: Despus del convertidor, se hace necesario remover el acido residual y sales inorgnicas que puede encontrarse con lo cual se neutralizan los productos de la descomposicin con fenoxido de sodio u otra solucin alcalina como NaOH, algn lcali o resina de intercambio, adems se puede adicionar agua a contra corriente dentro de la torre.

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2.3 DESCRIPCION BREVE DE OTROS EQUIPOS

BOMBAS Las bombas de proceso tienen la finalidad de impulsar los corrientes lquidos a travs del proceso. Por las necesidades de operacin y versatilidad, prcticamente todas las bombas son cinticas. En el diseo de las mismas, hemos sobredimensionado las cargas hidrulicas que debe vencer la bomba, para la hiptesis de futuras ampliaciones. Adems con un cambio de rodete, podramos aumentar el caudal un 20% prcticamente. VLVULAS Las vlvulas son elementos que permiten, impiden o regulan la circulacin de un fluido por una tubera. Segn esta definicin, las vlvulas se pueden clasificar en dos grupos: Vlvulas todo/nada: este tipo de vlvula nicamente permite o impide el paso del fluido por el interior de la tubera y por lo tanto no regulan el caudal. Estas vlvulas tapan completamente la seccin de la cuando estn cerrada, pero cuando estn abiertas ofrecen la mnima resistencia al paso del fluido y como consecuencia las prdidas de carga son mnimas. En la industria qumica las ms comunes son las vlvulas de bola y mariposa. Vlvulas de regulacin: este tipo de vlvulas aumenta o disminuye el grado de apertura, proporcionando una regulacin del caudal que debe circular. La corriente del obturados debe ser suficientemente lenta como para permitir diferentes caudales, siendo las prdidas de carga mayores en este tipo de

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vlvulas que en la tipo todo/nada. Este tipo de vlvulas son las que se utilizan en los sistemas de control de las plantas qumicas.

2.4 HOJA DE ESPECIFICACIONES

COLUMNA DE DESTILACION

Presin a destilacin 1 atmosfera, tiene una velocidad de vapor de 3 pies/ seg, la separacin entre platos es de 2 pies, la altura de la torre es de 7 metros y posee 12 etapas.

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DECANTADOR La existencia de un separador es evidente y su diseo puede partir de la expresin general de una esfera que se mueve a travs de un fluido continuo bajo la fuerza de gravedad. Para fines de diseo en una separacin agua liquido orgnico, el tamao y la forma real de la partcula depender de la intensidad de la mezcla y de las propiedades del sistema en cuestin, pero para diseo, Dp = 0. 004 in, c = 17, densidad = 62, densidad = 50, de las definiciones anteriores se obtiene:

Donde D es el dimetro de del depsito en pies, Q caudal del fluido de proceso, (ambas fases), pie3/ seg, y razn L/D = 4.

REACTOR

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Los costos de compra del agitador de propulsor y de turbina incluyen motor reductor de velocidad y el impulsor listo para instalarse en el recipiente. CBM, = Cp. a FBM, el FBM , es el factor para acero inoxidable segn la potencia del agitador. CBM (costo del equipo de agitacin)= $ 12, 500 (precio a 1971), corregido a 2003, da $ 49971.92

TORRE DE LAVADO

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INTERCAMBIADOR DE CALOR

Se supone adiabtico.

2.5 CALCULO DE COSTOS DE EQUIPOS PRINCIPALES.

INTERCAMBIADOR DE CALOR.

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DATOS: Presin: 300 psi Tipo de diseo: tipo kettle Material de la coraza y tubo: acero al carbn/ acero inoxidable rea de trasferencia de calor: 25 ft2 Costo del intercambiador = $ = [costo base (Fd +Fp)*Fm] Calculo del costo base: $12000 Fd: 1.35 Fp: 0.10 Fm: 1.54 El costo ajustado es: C= 350 (1.35+0.10)1.54 C= 782 EL FACTOR DE MODULO DESNUDO ES: 3.39 El costo de una unidad en base a cero al carbn, presiones moderadas cabezal flotante y en 1968 es: C= 350 *3.39= 1, 187 C= 1, 187 +(782 -350)=1, 619 PARA 1968:113.7 PARA EL 2011: 570.3 C= 1, 619*442/113.7 C = $ 8,121 Aadiendo el 15% de contingencias se obtiene el costo deseado Costo: $ 9,892.14 COLUMNA DE DESTILACION Columna de destilacin (12 platos). Propiedades: - L= 23 pies - D= 4.5 pies - P= 1 atm. - Acero al carbn - Vertical - 24 plg. de espaciamiento entre platos (platos de vlvula) - h= (12+1)(2)= 26 pies

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Estimando el costo de la columna (figura 3.6 del libro Diseo de Procesos de Ingeniera Qumica, autor: Arturo Jimnez Gutirrez) Cb= $9,000 Los factores de ajuste para este caso son: Fm= 1 (Acero al carbn) Fp= 1 (Hasta 50 psi) El costo ajustado de la columna es: Cfob= [Cb*Fm*Fp]= [$9,000*1*1]= $9,000 Estimando el costo base de los platos (figura 3.7) Cb= $1,000 Los factores de ajuste para este caso son: Fs= 1.0 (Espaciamiento de 24 plg.) Ft= 0.4 (Tipo de plato) Fm= 0 (Acero al carbn) El costo ajustado de los platos es: Cfob= [Cb(Fs+Ft+Fm)]= [$1,000(1.0+0.4+0)]= $1,400 Ahora para recipientes verticales, el factor del mdulo desnudo es (tabla 3.2) Factor de modulo= 4.34 El costo del mdulo desnudo en 1968 es: Cmd= $9,000x4.34= $39,060 El costo del mdulo desnudo ajustado es: Cmda= Cmd+ (Cfob Cb) = $39,060+($9,000 - $9,000) = $39,060 Cmda+Costo de platos= $39,060 + $1,400 = $40,460 Este valor representa el costo de la unidad de deseada en 1968, ao base de la informacin usada. Para estimar el costo de la unidad en el ao 2011, usamos los ndices de costos de Chemical Engineering (tabla 2.1) Para 1968: 113.7 Para 2011: 570.3

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Por lo tanto: Cmda= $40,460(570.3/113.7) = $202,941 Aadiendo el 15% de contingencias se obtiene el costo deseado Costo= $518,830.59 + (15%) = $ 233,382

REACTOR. Los costos de compra del agitador de propulsor y de turbina incluyen motor reductor de velocidad y el impulsor listo para instalarse en el recipiente. CBM, = Cp. a FBM, el FBM , es el factor para acero inoxidable segn la potencia del agitador. CBM (costo del equipo de agitacin)= $ 12, 500 (precio a 1971), corregido a 2003, da $ 49971.92. CORREGIDO A 2011 Factor de ajuste para 2011: 570.3

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$ 49971.92.*570.3/394.1= $ 72,314.00

3.- CONTROL E INSTRUMENTACIN

3.1 INTRODUCCIN.

El diseo de un sistema de control para una planta qumica no es un problema puramente matemtico o de teora de control, sino que es un problema de ingeniera que toca aspectos tericos y prcticos de muy diversa ndole. En primer lugar se ha de tener un buen conocimiento de los fenmenos qumicos y fsicos involucrados en los procesos para poder entender y evaluar las relaciones entre las variables de salida a controlar y las variables de entrada manipulables; es decir entender cmo debe operarse en una planta. En segundo lugar, se debe poseer un amplio conocimiento de teora de control para dominar tanto las tcnicas de anlisis dinmico para caracterizar el

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comportamiento dinmico del proceso, como las tcnicas de control para establecer la configuracin del sistema y la sintonizacin de controladores. Por ltimo para abordar el diseo de un sistema de control se requiere tambin un conocimiento suficiente de la amplsima instrumentacin disponible hoy en da en el mercado. Intentaremos definir nuestro sistema de control, que instrumentos utilizaremos para controlar el proceso y que todo se lleve a cabo correctamente, las estrategias de control que utilizaremos, as como los diferentes lazos de control que tendremos en nuestra planta.

3.1 CONTROL DIGITAL

Antes de pensar en la implementacin fsica del sistema de control, hay que considerar el tipo de control que se quiera llevar a cabo (si es analgico o si es digital) ya que de ello depende la estructura del sistema de control. El control que se lleva a cabo a en nuestra planta es digital por computador. En la actualidad, en cualquier sistema que posea cierto grado de complejidad, no se plantea el diseo de un sistema de control que no sea de este tipo. La razn son las mltiples ventajas, respecto a la utilizacin de controladores analgicos, en cuanto a:

- herramientas de clculo - recopilacin de informacin - integracin de funcionalidades como regulacin de variables, seguimiento de variables, recopilacin y centralizacin de datos, etc.

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El control por computador tambin presenta algunos inconvenientes, como la excesiva dependencia del control en pocas unidades de decisin. Sin embargo, el desarrollo de estos sistemas ya ha encontrado maneras de mitigar estos inconvenientes, como la descentralizacin en un solo equipo de las funciones de control (utilizando un buen sistema de comunicacin entre computadores), y la redundancia en las unidades de control con ms responsabilidad. Otro inconveniente, aunque sin ser tan crtico, es la utilizacin de funciones discretas en vez de continuas; esto se soluciona llevando a cabo una eleccin adecuada del tiempo de muestro de seal. Con relacin a los algoritmos de control para los distintos lazos, este tipo de control digital presenta importantes utilidades respecto a la utilizacin de controladores analgicos.

Algunas de estas utilidades son la capacidad de clculo y capacidad de lgica sobre las variables de entrada as como las de salida, capacidad de reestructurar en lnea lazos de control (control adaptativo), posibilidad de adaptarse automticamente a cambios en el proceso, un mayor nmero de algoritmos de control, etc. Ver cul es el algoritmo ms adecuado para cada lazo de control requerira un estudio ms a fondo de la dinmica de sistemas en las diferentes partes de la planta: orden del sistema, variables, perturbaciones y su magnitud, grados de libertad, dinmica de los elementos del sistema de control (tanto elementos primarios como elementos finales), etc. Sin embargo, llevar a cabo este diseo de los algoritmos de control ocupara mucho tiempo y por ello no se contempla en este proyecto, y nos centraremos en la eleccin de los lazos de control y la instrumentacin requerida y no tanto en su diseo.

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3.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL

Esta planta estar provista de dos estaciones de control, una principal situada en el mismo edificio que los laboratorios y otra situada en el rea de purificacin. Esto es debido a que la situacin de las dos estaciones es muy cercana a todas las reas y se puede establecer una buena comunicacin sin tener que cablear largas distancias. En las estaciones de control es donde residirn los operadores que tendrn que vigilar en todo momento el funcionamiento de la planta y del sistema de control.

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En las salas de control los operarios deben poder modificar manualmente el control del proceso.

Las ventajas de

principales una estructura

de control distribuida son las siguientes:

- cada unidad funcional es ms sencilla - las unidades de control pueden ser tambin ms sencillas - si falla una unidad de control no se paraliza necesariamente toda la planta

Sin embargo, tambin presenta algunos inconvenientes, que habr que considerar a la hora de disear la estructura de control:

- las unidades de control deben soportar las comunicaciones - para no sobrecargar el sistema es necesario identificar procesos autnomos

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3.3 SISTEMA DE CONTROL DE SEGURIDAD

Existen varios tipos de sensores en lo que al control de seguridad de la planta se refiere. En nuestra planta se instalaran sensores de humo, sensores de gas, de llamas y de fro en cada uno de los equipos de proceso. Si en algn momento se transmite una seal de sensores de seguridad, se recibir en el controlador que enviar otra seal de salida hacia los actuadores situados en campo. Estos actuadores acostumbran a ser vlvulas que se abren para dejar paso al agua contra incendios que circula por unas tuberas con aspersores que rodean a los equipos o a gases que provocan un descenso de la concentracin de oxigeno en el punto donde estn situados para evitar as la combustin de cualquier tipo de fluido.

Seales e instrumentos de un sistema de control El sistema de control automtico de nuestro proceso est constituido por cuatro tipos de elementos bsicos, cuya funcin dentro del sistema es la siguiente:

- Sensor: son los instrumentos que miden las variables a controlar, las variables de perturbacin y las variables secundarias a partir de las cuales se infiere el valor de otras que no pueden medirse directamente o que es muy costoso hacerlo.

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Transmisor o transductor:

El efecto fsico producido en el sensor no suele ser directamente utilizable como seal que pueda ser procesada por el controlador para calcular la accin de control. Antes es preciso convertir la magnitud del efecto fsico en una seal estndar elctrica, neumtica o digital, que pueda ser

transmitida a distancia sin verse perturbada y que pueda ser entendida por un controlador, un registrador o un sistema de monitorizacin de cualquier fabricante.

- Controlador: recibe la seal correspondiente a la variable medida y calcula la accin de control de acuerdo con el algoritmo de control (por retroalimentacin, cascada u otro) que se haya programado en l. Ese clculo se traduce en un valor determinado de la seal estndar de salida que se enva al elemento final de control.

- Actuador o elemento final de control: este elemento es el que manipula la variable de proceso de acuerdo con la accin calculada por el controlador, la cual le llega en forma de seal analgica estndar.

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3.4 TIPOS DE SEALES

Las seales de la planta pueden ser:

- Entradas analgicas: son entradas que recibe el sistema y que tienen una variacin decimal dentro de un rango. As todas las presiones y temperaturas son de este tipo de seales.

- Salidas analgicas: tienen la misma caracterstica que las entradas pero en este caso el sistema enva la seal al elemento. Un ejemplo son las vlvulas de control.

- Entradas digitales: son en igual caso seales que recibe el sistema del elemento, pero en este caso slo puede tomar valores de 0 y 1. Un ejemplo son las alarmas de nivel.

- Salidas digitales: tienen la misma caracterstica que las entradas digitales, pero ahora es el sistema de control el que enva al elemento un 1 o un 0.

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3.5 NOMENCLATURA

Vlvulas: Cada vlvula deber ir identificada para facilitar la comprensin de los diagramas de ingeniera y aportar toda la informacin necesaria de forma simplificada, con cuatro grupos de letras y/o nmeros separados por un guin, cuyo significado se muestra a continuacin:

Grupo 1: Dimetro nominal, en pulgadas, de la vlvula. Grupo 2: Material de construccin del accesorio, ser funcin de las condiciones de operacin y las caractersticas del fluido circulante. Grupo 3: Tipo de vlvula escogido segn la funcin que vaya a realizar dentro de la lnea de proceso.

Abreviaturas de vlvulas

VLVULA Bola Bola automtica Mariposa Mariposa automtica Retencin Tres vas Reductora Seguridad

CDIGO B BA M MA R T VR VS

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BOMBAS El mercado presenta una gran variedad de bombas, clasificndolas segn sus caractersticas siguiendo el esquema de la figura 12.

Cenlrilugai

, M *ea Flow

Kinetic

TurDine {flerjenerativi

_ Axiat Flow . Visoous Drag

Scsciol

Screw Centrifusjal _ Rotaling Case_ Vortejt vane Pistn

Rotary

Flexible Member Lote _ Geat

:

'.y.. tiv-C

_ Ci rcurnierentiai Pistn_ Screw Reciprocad ng _ FistorLfPiungsf Diaphragm BIQW Case

Dispiacerrient

Open Screuf (L

1t:

TUBERIAS:

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Cada tubera se especifica en el diagrama de ingeniera con una denominacin abreviada que consta de cinco grupos de letras: Primer grupo: indica el dimetro nominal de la tubera en pulgadas. Segundo grupo: indica el material de construccin de la tubera.

4.1: Abreviaturas del tipo de material.

Tipo de material Acero al carbono A515 PVC AISI 304

Abreviatura C P IN

-

Tercer grupo: indica

el fluido que circula por la tubera. En la

siguiente tabla Se pueden observar las abreviaturas utilizadas para cada fluido.

-

Cuarto grupo: nmero especfico de la tubera que contiene presin nominal y tipo de conexin. Este cdigo consta de dos cifras, la primera de ellas indica la presin nominal y la segunda el tipo de brida que se utiliza.

-

Quinto grupo: indica el rea donde se encuentra la tubera.

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3.6 LISTADO DE CONTROL

VALVULAS.

Para nuestra planta se utilizaran dos tipos de vlvulas Vlvulas de bola: Disponen de dos posiciones, vlvula completamente abierta, que es cuando deja pasar el caudal y vlvula completamente cerrada, que es cuando no deja pasar el caudal. Normalmente, estas vlvulas se sitan en las entradas y salidas de los equipos de proceso, adems de antes y despus de las vlvulas de control o bombas de tal manera que las ltimas se puedan aislar. Estas vlvulas se usaran para dimetros que no superen las 3 pulgadas.

Vlvula de seguridad: Este tipo de vlvulas se usan sobre todo en tanques a presin para evitar que un exceso de presin pueda provocar daos por una posible explosin por sobrepresin. Se regulan para que a una determinada presin se abran y liberen el exceso de presin. A no ser que haya sobrepresin estas vlvulas permanecern cerradas.

BOMBAS:

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En base a los datos con los que se cuentan se tiene que se utilizaran bombas de proceso. Segn el catalogo del proveedor de bombas, KSB. Estas son sus propiedades:

TUBERIAS:

Se tiene un dimetro nominal de 1.5 plg, Las tuberas de acero inoxidable se utilizarn para las tuberas principales del rea de reaccin y purificacin, ya que estarn sometidas a problemas de corrosin. Las de acero al carbono sern utilizadas principalmente para la zona de purificacin, y finalmente las tuberas de PVC se utilizarn para el rea de tratamiento de aguas debido a que no hay riesgo de corrosin.

CAPITULO 5. SEGURIDAD E HIGIENE 5.1 INTRODUCCIN El objetivo de este apartado es detectar los posibles peligros asociados a esta planta con el fin de minimizar el riesgo de accidentes. Tambin se explican las medidas que deben adoptarse en caso de accidente.

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Disposiciones generales de la planta Todo lugar de trabajo deber seguir unas disposiciones mnimas de seguridad y salud, se debern adoptar las medidas necesarias para que la utilizacin de los lugares de trabajo no origine riesgos para la seguridad y salud de los trabajadores o, si ello no fuera posible, para que tales riesgos se reduzcan al mnimo. Los lugares de trabajo debern cumplir las disposiciones mnimas en cuanto a sus condiciones constructivas, orden, limpieza y mantenimiento, sealizacin, instalaciones de servicio o proteccin, condiciones ambientales, iluminacin, servicios higinicos y locales de descanso, y material y locales de primeros auxilios.

Orden, limpieza y mantenimiento - Las vas de circulacin de los lugares de trabajo debern poder utilizarse conforme a su uso previsto, de forma fcil y con total seguridad para los peatones o vehculos que circulen por ellas y para el personal que trabaje en sus proximidades. Las zonas de paso, salidas y vas de circulacin de los lugares de trabajo y, en especial, las salidas y vas de circulac