instituto politÉcnico nacional escuela superior de ingenierÍa quÍmica e industrias extractivas
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIASEXTRACTIVAS
INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
Materia:
DISEÑO BASICO
PROYECTO:
ACEITE SECANTE
Profesor:
Alumnos:
1
Grupo:
ÍNDICE
Contenido Página
Resumen del Proyecto 3
Justificación del Proyecto 4
Objetivos 5
Introducción 6
Propiedades físicas, químicas ytoxicológicas de los materialesen el proceso
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Usos y Aplicaciones del AceiteSecante
16
Producción del Aceite Secanteen México
17
Balance de Materia 18
Tabla Relación conversiónselectividad
18
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Tabla de potencial económico 20
Diagrama de bloques 21
Cedula
Comprobación del balance 24
Bibliografía 25
RESUMEN DEL PROYECTO
La producción de aceite secante es muy importante para laindustria química principalmente para la elaboración de pinturas,esta la utiliza para lograr preservar de los ataques comunes porel clima, mejorar la apariencia y textura de los diferentesacabados arquitectónicos, estructura metálicas o cualquiersuperficie a la que se quiera lograr su apariencia. Al ser unosde los recubrimientos más importantes que se endurece o solidificapor consecuencia de una reacción química al ser expuesto al aireprovoca que aumente la flexibilidad de la película, de mayorbrillo, resistencia a los agentes químicos, durabilidad y seamenor el tiempo de secado.
En México la producción de este aceite es muy baja, por lo tantose llevo a cabo un análisis que sugiere el diseño básico de unaplanta
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JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
En México no se tiene una gran producción de estos aceites, por loque es necesario buscar una alternativa para su obtención mediantela propuesta de un método que permita evaluar diversas opciones defabricación del producto y considere las estrategias de diseño másadecuadas para obtener altos rendimientos y bajos costos que denlugar a un proceso industrial óptimo para el desarrollo de unaplanta piloto.
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En base a la gran demanda y la poca producción de este materialen nuestro país, es de gran importancia estar en constanteactualización de los productos mediante tecnologías que apliquennuevas materias primas más económicas que no dañen al medioambiente siempre garantizando la calidad del producto.
OBJETIVOS 5
Establecer un proceso que cumpla con las característicasnecesarias del producto.
Determinar las condiciones del reactor más adecuadas para laproducción del aceite secante.
Diseñar el sistema de intercambiadores de calor más eficientepara el proceso.
Implementar el diseño de una planta química que produzca50000 toneladas al año de aceite secante.
Elaborar un producto para recubrimiento de superficiesmediante un proceso de producción que aplique un balance demateria.
Conocer e identificar las propiedades físicas y químicas decada una de las materias primas a utilizar.
Determinar si el proyecto es rentable mediante elrendimiento productivo y la utilidad económica del producto.
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INTRODUCCIÓN
Un aceite secante es un aceite que se endurece a una película
sólida difícil después de un período de exposición al aire. El
aceite se endurece mediante una reacción química en la que los
componentes se reticulan por la acción del oxígeno (no a través de
la evaporación de agua u otros disolventes ). Aceites cocidos son
un componente clave de la pintura de aceite y algunos barnices .
Algunos aceites secantes de uso general incluyen el aceite de
linaza , aceite de tung , aceite de semilla de amapola , aceite de
perilla , y el aceite de nuez . Su uso ha disminuido en las
últimas décadas, ya que han sido sustituidos por resinas
alquídicas y otros aglutinantes.
Dado que la oxidación es la clave para curar en estos aceites, los
que son susceptibles a la desecación químicas son a menudo
inadecuados para cocinar, y también son altamente susceptibles de
convertirse en rancio debido a la auto-oxidación, el proceso por
el cual los alimentos grasos desarrollar malos sabores. Trapos,
tela y papel saturadas con aceites secantes producen combustión
espontánea en unas pocas horas, debido a la acumulación de calor
liberado durante el proceso de oxidación.
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Imagen1.1-Diagrama general de la forma de un aceite.
Los aceites secantes tienen una gran proporción de ácidos grasosinsaturados, que cuando polimerizan dan una película muyresistente y brillante. El proceso de polimerización y secado serealiza mediante el Oxígeno del aire. Todos los aceites secantes ysemi-secantes son polimerizables térmicamente.
La forma de determinar si un aceite es secante o no, es medianteel índice de Yodo (I2/100g), cuanto más elevado más secante es,estableciéndose la siguiente escala:
o Aceite secante: a partir de 140. Tipos de aceitessecantes: aceite de Cártamo, aceite de Madera (Tung),aceite de Ricino deshidratado, aceite de Linaza ystandoils de ambos.
o Aceite semi-secante: entre 110 – 140. Tipos de aceitessemi-secantes: Aceite de Soja refinado y aceite deColza.
o Aceite no secante: inferior a 110. Tipos de aceites nosecantes: Aceite de Orujo y aceite de Ricino primerapresión.
Química del proceso de secado
El "secado", endurecimiento, o, más correctamente, el curado de
los aceites es el resultado de la auto-oxidación , la adición de
oxígeno a un compuesto orgánico y la reticulación subsiguiente.
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Este proceso comienza con una molécula de oxígeno (O 2)en la
inserción de aire en carbono-hidrógeno (CH) bonos adyacentes a uno
de los dobles enlaces dentro de la ácido graso insaturado. Los
resultantes hidroperóxidos son susceptibles a reacciones de
reticulación. Forman enlaces entre cadenas de ácidos grasos
vecinos, lo que resulta en un polímero de red, a menudo visible
por la formación de una película similar a la piel en muestras.
Resultados Esta polimerización en películas estables que, si bien
un tanto elástica, no fluyen o se deforman fácilmente. Dieno que
contienen derivados de ácidos grasos, tales como los derivados de
ácido linoleico, son especialmente propensos a esta reacción, ya
que generan pentadienilo radicales. Los ácidos grasos
monoinsaturados, como el ácido oleico, son más lentos para
someterse a secado porque los alílicos intermedios radicales son
menos estables.
Reacciones químicas simplificado asociados con proceso desecado de cobalto catalizada. En la primera etapa, el dienose somete a la auto oxidación para dar un hidroperóxido . En
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el segundo paso, el hidroperóxido se combina con otra cadenalateral insaturada para generar un radical basado en carbonoque es capaz de polimerización adicional.
Las primeras etapas del proceso de secado pueden ser monitoreados
por los cambios de peso en una película de aceite. La película se
vuelve más pesada a medida que absorbe oxígeno. Aceite de linaza ,
por ejemplo, aumentos en el peso en un 17 por ciento. Como cesa la
absorción de oxígeno, el peso de la película disminuye como
compuestos volátiles se evaporan. Como las edades del petróleo, se
producen nuevas transiciones. Un gran número de los enlaces éster
originales en las moléculas de aceite se someten a hidrólisis , la
liberación de ácidos grasos individuales. En el caso de pinturas,
una parte de estos ácidos grasos libres (AGL) reaccionan con los
metales en el pigmento, la producción de carboxilatos de metal.
Juntos, los diversos no reticulación sustancias asociadas con la
red de polímero constituyen las fases móviles. A diferencia de las
moléculas que forman parte de la propia red, que son capaces de
moverse y de difusión dentro de la película, y se pueden eliminar
con calor o un disolvente. La fase móvil puede jugar un papel en
la plastificación de las películas de pintura, evitando que llegue
a ser demasiado frágil. Los grupos carboxilo en los polímeros de
la ionizan fase estacionaria, llegando a ser una carga negativa y
forman complejos con metales cationes presentes en el pigmento. La
red original, con su no polar, enlaces covalentes, se sustituye
por una estructura ionomérico, se mantiene unido por interacciones
iónicas. La estructura de estas redes ionoméricos no se entiende
bien.
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La mayoría de los aceites de secado aumentan rápidamente en
viscosidad después de calentar en ausencia de aire. Si el aceite
se somete a temperaturas elevadas durante un largo tiempo, se
convertirá en una sustancia insoluble en aceite gomoso.
Papel de los catalizadores de metales
El proceso de secado se acelera por ciertas sales metálicas,
especialmente los derivados de cobalto , de manganeso o de
hierro . En términos técnicos, estos agentes de secado de aceite
son complejos de coordinación que funcionan como catalizadores
homogéneos . Estas sales se derivan de los carboxilatos de
lipófilos ácidos carboxílicos , tales como ácidos nafténicos para
hacer que los complejos solubles en aceite. Estos catalizadores
aceleran la reducción de los hidroperóxidos intermedios. Una serie
de reacciones de adición se produce. Cada paso produce radicales
libres adicionales, los cuales se dedican a la reticulación
adicional. El proceso finalmente termina cuando pares de radicales
libres se combinan. La polimerización se produce durante un
período de días a años y hace que la película seca al tacto. Una
acción prematura de las causas agentes de secado despellejamiento
de la pintura, este proceso no deseable es suprimida por la
adición de agentes anti formación de piel tales como metiletil
cetona oxima , que se evaporan cuando se aplica la pintura /
aceite a una superficie.
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Constitución de aceites secantes
Aceites de secado consisten en glicerol tri ésteres de ácidosgrasos. Estos ésteres se caracterizan por altos niveles depoliinsaturados ácidos grasos , especialmente de ácido alfa-
linolénico . Una medida común de la (secado) Propiedad "secante"de los aceites es índice de yodo , que es un indicador del númerode dobles enlaces en el aceite. Los aceites con un índice de yodosuperior a 130 se consideran secado, aquellos con un índice de
yodo de 115-130 son semi-secado , y aquellos con un índice de yodode menos de 115 son no-sequedad .
Proceso propio de obtención de Aceite Secante
El Aceite secante son aditivos para pinturas y barnices paraayudar en el proceso de secado cuando estos productos se aplican alas superficies. Se ha determinado que el mercado de aceitesecante de Asia se está expandiendo.
Por lo tanto, estamos planeando construir una nuevainstalación para la producción efectiva. Específicamente sediseñara una nueva instalación que produzca 50, 000ton/año deaceite de secado. El ácido acético de subproducto puede venderseen una pureza de 99,5% de peso. La instalación consiste enfabricar aceite secante (DO) de aceite de ricino acetilado (ACO).Ambos compuestos son mezclas. Sin embargo, para los propósitos dela simulación, aceite de ricino acetilado es modelada como aceitepalmítico y aceite secante se modela como 1-tetradeceno (C14H28).
En una reacción no deseada, puede formarse una goma, que semodela como 1-octacoseno (C28H56). Hay dos restricciones a estenuevo diseño que difieren de las operaciones. En primer lugar, esel único uso de vapor dentro de la producción de aceite secante;
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no hay ningún crédito disponible para cualquier vapor producidopor encima de esta cantidad. En segundo lugar, la división deservicios técnicos ha determinado que la temperatura de cualquiercorriente debe mantenerse por entre de 300° C para evitar elensuciamiento debido la formación de la goma. Para la separacióndel ácido acético y del aceite secante se ocupan dos torres dedestilación las cuales hacen que se produzca una alta pureza y conel filtro se separa la goma producida en la segunda reacción
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PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS Y TOXICOLÓGICAS DE LOS MATERIALES ENEL PROCESO
Reactivos
o ACIDO PALMÍTICO.
Propiedades físico-químicasAspecto y colorOlorPresión de vaporDensidad relativa (agua =1)Solubilidad en agua Punto de ebullición Punto de fusiónPeso molecular
Cristales incoloros oblancos.Inodoro.133 Pa a 154ºC0.85Insoluble.351ºC63ºC256.5
Peligrosidad
Información toxicológica
Toxicidad oral aguda
DL50 Rata > 10000 mg/kg
Efectos peligrosos para la salud
Contacto con la piel: irritación Contacto ocular: enrojecimiento
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Tipos depeligro/exposició
n
Peligros/síntomas agudos
Prevención Primeros auxilios/lucha contraincendios
Incendio Combustible. Evitar llamaabierta.
Pulverización conagua, polvos.
Exposición
Evitar ladispersión depolvos
Peso Molecular240.45 g/mol
Aspecto Físico Líquido color amarillento olorcaracterístico
Caracterización química Triglicéridos de diferentesácidos grasos (principalmenteácido ricinoléico [80 - 85 %]).
Gravedad Específica 0.954 16
Punto de Fusión 4-5 °CPunto de Ebullición 350 °CPeso Específico 0.960-0.968Índice de Saponificación 174-184Índice de yodo 84Ácidos saturados % 3-8 Ácidos no saturados con un dobleenlace %
83-94
Ácidos no saturados con dos dobles enlaces %
2-3
Densidad a 25 °C 0.945-0.965Índice de refracción 1.473Solubilidad Alcohol y éter
ToxicidadNo hay peligros específicos sise emplea adecuadamente.
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o ACEITE DE RICINO (C17H32(OH)CO2H)
Productos
o ÁCIDO ACÉTICO
Propiedades químicas y físicasPunto de ebullición Punto de fusiónDensidad relativa (agua = 1)Solubilidad en aguaPresión de vapor, kPa a 20°CDensidad relativa de vapor (aire = 1)Punto de inflamaciónTemperatura de autoignición Límites de explosividad, % en volumen en el aireAcidez Momento dipolar
118°C16°C1.05Miscible1.62.0739°C427°C4.0-174.76 pKa1.74 D
Peligrosidad
Información toxicológicaToxicidad aguda oralToxicidad cutánea aguda
DL50 rata: 3310 mg/kg DL50 conejo:1060 mg/kg
Efectos peligrosos para la salud
Inhalación: Irritaciones en víasrespiratorias. Sustancia muy corrosiva.Puede provocar bronconeumonía, edemas en eltracto respiratorio.Contacto con la piel: quemaduras.Contacto ocular: quemaduras, trastornos devisión, ceguera (lesión irreversible del
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nervio óptico). Quemaduras en mucosas.Ingestión: Quemaduras en esófago y estómago.Espasmos, vómitos, dificultadesrespiratorias. Riesgo de perforaciónintestinal y de esófago. Riesgo deaspiración al vomitar. No se descarta:shock, paro cardiovascular, acidosis,problemas renales.
Tipos depeligro/exposició
n
Peligros Prevención Primerosauxilios/
lucha contraincendios
Incendio Inflamable. Elcalentamientointenso puedeproducir aumentode la presión conriesgo deestallido.
Evitar llamaabierta, noproducir chispasy no fumar.
Pulverización conagua, espumaresistente alalcohol, dióxidode carbono. Losbomberos deberíanemplearindumentaria deproteccióncompletaincluyendo equipoautónomo derespiración.
Explosión Por encima de39°c: puedenformarse mezclasexplosivasvapor/aire.
Por encima de39°c: sistemacerrado,ventilación yequipo eléctricoa prueba deexplosiones.
En caso deincendio:mantener fríoslos bidones ydemásinstalaciones porpulverización conagua.
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o TETRADECENO
Propiedades químicas y físicasPunto de ebullición Punto de fusiónDensidad relativa (agua = 1)Solubilidad en agua Presión de vapor, Pa a 25°C Densidad relativa de vapor (aire = 1) Punto de inflamaciónTemperatura de autoigniciónLímites de explosividad, % en volumen en el aire
252°C-12°C0,8Ninguna26,78107°C c.c.239°C0,3-4,3
Información toxicológicaToxicidad oral aguda Toxicidad aguda por inhalaciónToxicidad cutánea aguda
DL50 rata: > 10.000 mg/kg (IUCLID)CL50 rata: 8,7 mg/l; 4 hDL50 conejo: > 10.000 mg/kg
Efectos peligrosos para la salud
Contacto con la piel: Una exposiciónrepetida o prolongada puede causarirritación de la piel y dermatitisdebido a las propiedadesdesengrasantes del producto.Inhalación: Peligro de aspiración,aspiración puede causar edemapulmonar y neumonía.
Tipos depeligro/exposició
n
Peligros Prevención Primerosauxilios/
lucha contraincendios
IncendioCombustión Evitar llama Polvo, arena,
dióxido de
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carbono
o 1-OCTACOSENO
Propiedades químicas y físicasPunto de ebullición Punto de fusiónDensidad Presión de vapor, Pa a 25°C Punto de inflamaciónSolubilidad en agua
423.5±8.0 °C a 760 mmHg130 ºC0.8±0.1 g/cm30.0±0.5 mmHg at 25°C256.7±10.4 °CInsoluble
o Goma producto no deseado (c28H56)
Peso Molecular 392.74 g/molDensidad 0.808 g/cm3
Punto de Ebullición 423.5 °CPunto de refracción 1.453Punto de Inflamación 256.7 °C
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USOS Y APLICACIONES DEL ACEITE SECANTE
Los aceites secantes son usados en la industria de los recubrimientos decorativos y protectores, se usan profusamente en las pinturas y como vehículos para el molido húmedo de los pigmentos, esmaltes, tintas de imprenta y barnices litográficos.
Las razones por las que se usan aceites secantes enla industria de pinturas son las siguientes:
Aumentar la flexibilidad de la película ( si sólo fuerapigmento, disolvente y resina, la película sería quebradiza)
Dar mayor brillo.
Dar resistencia a los agentes químicos.
Durabilidad
Menor tiempo en el secado de la película.
Pulido de superficies.
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PRODUCCIÓN DEL ACEITE SECANTE EN MÉXICO
EL TETRADECENO SE IMPORTA:
Company： Chevron Phillips Chemicals, S.A. de C.V.Phone： (+55) 5251-5561Fax： (+55) 5251-8845Website： http://www.cpchem.comAddress： Bosques de Duraznos No. 69 Torre B Col. Bosques de
las Lomas 11700 M 閤 ico, D.F. M 閤 ico
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BALANCE DE MATERIA
1) C16H32O2 CH3COOH + C14H28
ACO AA DO
2) 2 C14H28 C28H56
DO G
Temperatura (°C)
XConversión de AA
Selectividad
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(tiempo espacial10 minutos)
310 0.069
Factor de servicio
330 días = 8000 hr/año
Base de calculo
50000 = 31.88 = 31880
DO en la salida del separador 1
DO en la salida del reactor
Goma en la salida del reactor
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POTENCIAL ECONÓMICO
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Material PRECIO($/kg)
Flujo(kg/hr) $/hr
ACO 0.59 8243.509 4863.670
DO 1.19 6279.879 7473.056
AA 0.99 1932.072 1912.751
Utilidad bruta
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DIAGARAMA DE BLOQUES DEL PROCESO.
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CORRIENTE COMPONENTES1 ACO2 ACO3 ACO, AA, DO, GUM4 GUM5 ACO, AA, DO6 ACO7 AA, DO8 DO9 AA
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Componente
PM
1 2 3 4 5 6 7 8 9
kgmol
kg kgmol
kg kgmol
Kg kgmol kg kgmol
kg kgmol
Kg kgmol
kg kgmol
kg kgmol
kg
DO 196
0 0 0 0 32.201
6311.436
0 0 32.201
6311.436
0 0 32.040
6279.879
31.880
6248.480
0 0
AA 60
0 0 0 0 32.201
1932.072
0 0 32.201
1932.072
0 0 32.201
1932.072
0 0 32.201
1932.072
G 392
0 0 0 0 5.0236
1.969*
5,023 1,969 5,0231,969
1.969
0 0 0 0 0 0 0 0
ACO 256
32.201
8243.509
466.684
119471.145
434.482
111227.636
0 0 434.482
111227.636
434.482
111227.636
0 0 0 0 0 0
Total 32.201
8243.509
466.684
119471.145
498.885
119471.145
5,023 1,969 498.885
119471.145
434,482
111227,636
64.241
8211.951
31.88
6248.48
32.201
1932.072
29
COMPROBACIÓN DEL BALANCE
30
BIBLIOGRAFÍA
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