Trabajo de Instrumentación

Manufactura deFenol Formaldehido

Estudiantes: Sebastián Badilla Contreras

Miguel Rodríguez Ramírez

Profesor: Javier Silva

Fenol Formaldehido

Propiedades Físicas:

Peso Molecular: 120 gr/mol

Temperatura de Fusión: 30.9 ºC

Temperatura de Ebullición: 191 ºC

Densidad: 1.1 gr/cm3

Temperatura de Flash: 81 ºC

Estructura:

Reacción de obtención:

Reseña Histórica

La primera investigación de la reacción del fenol y el formaldehído inicio con el trabajo de Von Baeyer y otros cerca de 1870 como una extensión de la tintura química basada en el fenol. El experimento inicial resulto ser un producto amorfo cuyas propiedades resultaron ser de muy poco interés; productos insolubles con entrecruzamiento se reportaron a finales de 1880, pero al igual que los primeros no proporcionaron un material funcional.

La primer patente de una resina fenolica a principios del año 1900. Estudios posteriores en el uso del catalizador ácido o básico y cambios en la razón molar de formaldehído respecto al fenol resulto en la definición de dos clases de materiales poliméricos. Finalmente en 1909 Baekland logra desarrollar una resina fenolica mediante la condensación controlada del fenol y el formaldehído, lo cual se convierte en el inicio de la industria de los plásticos sintéticos.

Actualmente mediante condensación fenólica se pueden obtener dos tipos de polímeros, las resol resinas (reticulares) y las resinas novolka (lineales); las primeras de estas son producidas con un catalizador alcalino y con un exceso molar de formaldehído, mientras que las resinas novolka son preparadas con un catalizador ácido y menos de una mol de formaldehído por mol de fenol.

La resina a analizar es un polímero termoplástico debido a que puede ablandarse por calentamiento y endurecerse por enfriamiento en un proceso físico reversible, que se describirá a continuación en el presente informe.

Síntesis del Proceso

Mecanismo de reacción:

La reacción se lleva a cabo mediante una polimerización por condensación; donde se elimina intermolecularmente una molécula pequeña a partir de dos o más moléculas de peso molecular más alto, de manera particular esta resina se produce mediante la reacción de un compuesto fenólico (fenol) y un aldehído (formaldehido), en la reacción de condensación existe una unidad que se repite, presentándose la eliminación de una molécula de agua del monómero original, siendo esta un subproducto de la reacción.

En una polimerización convencional, el fenol y el formaldehido son cargados al reactor a una temperatura entre 60-65 ºC, el formaldehido contiene % peso de agua que varía entre 37-50 % peso, la cantidad de formaldehido cargado depende de las propiedades de la resina buscada, pero de manera general la cantidad de formaldehido cargado es 0.70-0.85 mol por mol de fenol.

En algunos casos a la solución de Fenol-Formaldehido se le mide el índice de refracción antes de la adición del catalizador para asegurarse que la razón de reactantes cargados haya sido la correcta. El catalizador ácido es adicionado y el PH de la solución es frecuentemente chequeado antes de que la reacción continué para evitar cargas incorrectas las cuales pueden generar condiciones riesgosas. Cuando la reacción esta completa en aproximadamente 6-8 horas, normalmente más del 95% del fenol a reaccionado. El agua contenida es removida por adición de calor y vació a 140-170ºC y 6.2-6.7 Kpa, el fenol libre en la resina es el principal determinante de las propiedades de la resina, flujo y velocidad de reacción, el fenol final contenido en la resina es monitoreado cuidadosamente y es determinado por medio de estequiometria inicial y las condiciones de desalojo al final de la reacción. El producto es entonces recuperado, neutralizado y convertido a las diferentes formas o productos.

La reacción de condensación es llevada a cabo en dos etapas sucesivas. Después de la condensación la mezcla de la reacción es neutralizada en un PH entre 7 y 7,5 y la resina es separada por decantación y concentrada por la remoción de agua mediante destilación al vacío.

La invención entonces consiste en un proceso para la manufactura de resinas fenólicas pensado para la producción de espumas a partir de una mezcla de fenol y formaldehido por condensación en dos etapas sucesivas y en presencia de un catalizador alcalino, caracterizada por un posterior enfriamiento de la reacción hasta el final de la segunda etapa, una cantidad de ácido suficiente de bajo PH alrededor de 3,4 a 3,6 es adicionado a la reacción y la fase resinosa es removida del medio acuoso.

De acuerdo a los requerimientos de la invención, la reacción es enfriada a una temperatura entre 30 y 35 ºC antes de la adición del ácido. La razón molar de formaldehido a fenol es de 1:1 a 1,7:1.

El rango de PH de acidificación utilizado en este proceso constituye una región óptima, si la acidificación es continua hasta un PH cercano a 3.

Luego de ser enfriado, el fenol formaldehido solido es transportado a un triturador y posteriormente a un molino de martillos los cuales realizan un proceso de reducción de tamaño bajo malla 200

Este polvo, es mezclado con el activador (Hexa) y el lubricante Estearato de Ca y 1% Talco y depositado en un tanque de almacenamiento de la resina

Siguiente a esta etapa tenemos que la resina se vuelve a mezclar, ahora con relleno (Harina de madera, Lubricante adicional, Plastificante), luego que la mezcla se realiza es nuevamente almacenado, y posterior a eso es calentada entre 95 a 115ºC, por un tiempo de 45 a 75 segundos para acelerar las reacciones de formación. Luego de este intervalo de tiempo la mezcla es enfriada.

Finalmente el compuesto es molido por última vez y mezclado para homogenización, para finalmente ser enviado a los recintos de moldeo, donde se creará el objeto deseado.

Instrumentación general del Proceso

Descripción por Lazos del Proceso

Lazo 1:

En el primer lazo tenemos el almacenamiento de las materias primas del proceso, como estos deben alimentarse con flujos específicos según el tipo de resina a obtener, se controla la alimentación de cada uno mediante el uso de transmisores indicadores de caudal que envían el caudal a controladores conectados a válvulas que detendrían o aumentarían la alimentación según sea el valor respecto al calibrado o requerido.

Lazo 2:

El lazo dos es el encargado de medir y controlar la temperatura del reactor. Esto se logra con un transmisor de temperatura, el cual está conectado a un controlador indicador de temperatura que maneja la válvula de alimentación de vapor de agua a la chaqueta del reactor.

Lazo 3:

Este lazo está situado en la zona de enfriamiento de compuesto situada en la descarga del reactor. En este lazo encontramos un transmisor indicador de temperatura conectado a un controlador de temperatura que gobierna la válvula de descarga desde la torre de refrigeración. La válvula se abrirá sólo si la temperatura en la torre es la indicada.

Lazo 4:

El lazo cuatro tiene por objetivo manejar la alimentación de Activado y lubricante a la licuadora. Esto se logra con un transmisor indicador de caudal conectado a un controlador de caudal que abrirá o cerrará la válvula de caudal según sea el valor medido respecto al calibrado.

Lazo 5:

Se encuentra luego de la licuadora que mezcla y homogeniza el activador y el lubricante junto al reactivo proveniente desde el primer molino. Para controlar esta mezcla de reactivos se dispone de un transmisor de densidad conectado a un controlador de densidad que maneja la válvula de descarga de la licuadora.

Lazo 6:

Este lazo es el encargado de controlar la presión de operación del reactor. Consta de un transmisor de presión conectado a un controlador de presión que encenderá o apagará un compresor que está conectado al reactor.

Lazo 7:

En este lazo se controla la alimentación a la segunda licuadora. Se dispone de un transmisor de nivel en el Receptor de la primera mezcla proveniente de la licuadora anterior. Este transmisor va conectado a un controlador que a si vez se encuentra conectado a las válvulas de descarga del receptor y a la del recipiente de relleno. Cuando el nivel en el receptor alcanza cierto nivel se abren ambas válvulas simultáneamente.

Lazo 8:

Al igual que el lazo cinco tiene por objetivo controlar la mezcla eficiente de la segunda licuadora. Dispone de un transmisor de densidad y un controlador de densidad que va conectado a la válvula de descarga de la licuadora.

Lazo 9:

Tiene por objetivo controlar el nivel del bin para almacenamiento de la mezcla de la segunda licuadora. Consta de un transmisor de nivel posicionado en el bin, conectado a un controlador de nivel que maneja la válvula de descarga.

Lazo 10:

Su función es controlar la temperatura de la mezcla. Consta de un transmisor de temperatura a la salida de un intercambiador de calor. Este transmisor envía una señal al controlador de temperatura que maneja la válvula de salida desde el intercambiador. Como se requiere un calentamiento por un determinado lapso de tiempo, ésta válvula se abrirá o cerrará según sea la temperatura de descarga.

Lazo 11:

Como se requiere que la resina de aglomere para su posterior uso y comercialización se instala una torre de enfriamiento. Para controlar esta variación de temperatura se dispone de un transmisor de temperatura posicionado en la torre que va conectado a un controlador indicador de temperatura que abre o cierra una válvula por si la temperatura no es la correcta y se necesita más tiempo de enfriamiento.

Lazo 12:

Este lazo controla la última homogenización de la resina. Para esto se dispone de una tercera licuadora. Para controlar la homogenización, se dispone de un transmisor de densidad en la licuadora que envía una señal a un controlador indicador que gobierna la válvula de descarga hacia el bin de almacenamiento final.

Bibliografía

POLIMEROSROYAL B. SEYMOUR -INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA DE LOS POLIMEROS. TERCERA EDICIÓN.

ENCICLOPEDIA DE TECNOLOGÍA QUÍMICA-VOL 17. http://es.espacenet.com/espacenet/es/es/e_net.htm http://www.msds.com