Ac Acrilico Sintesis

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SISTEMA DE REACCIONES 2010 INTRODUCCIÓN El ácido acrílico (C 3 H 4 O 2 ) es el ácido carboxílico insaturado más simple. En estado puro, es un líquido corrosivo, incoloro y de olor penetrante; es miscible con agua, alcoholes, éteres y cloroformo. Se produce a partir del propileno, un subproducto gaseoso de la refinación del petróleo. Presenta una acentuada tendencia a la creación de polímeros, los cuales se utilizan comercialmente en su forma neutralizada (como el poliacrilato de sodio). Hoy en día la mayor parte del ácido acrílico se produce a partir del propileno, que también es la materia prima de la acroleína. El proceso por oxidación del propileno involucra la oxidación catalítica heterogénea del propileno en fase vapor con aire y vapor para dar el ácido acrílico. Generalmente el producto que sale del reactor es absorbido en agua, extraído con un solvente apropiado y destilado para dar el ácido acrílico glacial grado técnico. El ácido acrílico se usa como intermediario en la producción de acrilatos. Los polímeros del ácido y sus sales sódicas se utilizan como floculantes y dispersantes. Las sales de sodio tienen importancia industrial La aplicación de los esteres acrílicos están presentes en la fabricación de: Pinturas para Arquitectura. Recubrimientos y lacas. Sistemas curables con radiación. Adhesivos y compuestos de sellado. Asimismo en las siguientes industrias tienen diversas aplicaciones: Industria del papel. Industria textil. Industria de la piel o el cuero. Como se puede observar, la versatilidad del ácido acrílico y sus derivados es muy amplia y existen aplicaciones en los más variados campos y aún muchas más en desarrollo. 1) INFORMACIÓN SOBRE LAS REACCIONES Y CONDICIONES Se tienen 3 reacciones en la producción de acido acrílico: Reacción primaria: 1) Reacciones secundarias: PRODUCCIONEL DEL ACIDO ACETICO Página 4

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SISTEMA DE REACCIONES 2010

INTRODUCCIÓN

El ácido acrílico (C3H4O2) es el ácido carboxílico insaturado más simple. En estado puro, es un líquido corrosivo, incoloro y de olor penetrante; es miscible con agua, alcoholes, éteres y cloroformo. Se produce a partir del propileno, un subproducto gaseoso de la refinación del petróleo. Presenta una acentuada tendencia a la creación de polímeros, los cuales se utilizan comercialmente en su forma neutralizada (como el poliacrilato de sodio).

Hoy en día la mayor parte del ácido acrílico se produce a partir del propileno, que también es la materia prima de la acroleína. El proceso por oxidación del propileno involucra la oxidación catalítica heterogénea del propileno en fase vapor con aire y vapor para dar el ácido acrílico. Generalmente el producto que sale del reactor es absorbido en agua, extraído con un solvente apropiado y destilado para dar el ácido acrílico glacial grado técnico.

El ácido acrílico se usa como intermediario en la producción de acrilatos. Los polímeros del ácido y sus sales sódicas se utilizan como floculantes y dispersantes. Las sales de sodio tienen importancia industrial

La aplicación de los esteres acrílicos están presentes en la fabricación de:Pinturas para Arquitectura.Recubrimientos y lacas. Sistemas curables con radiación. Adhesivos y compuestos de sellado.Asimismo en las siguientes industrias tienen diversas aplicaciones:Industria del papel. Industria textil.Industria de la piel o el cuero. Como se puede observar, la versatilidad del ácido acrílico y sus derivados es muy amplia y existen aplicaciones en los más variados campos y aún muchas más en desarrollo.

1) INFORMACIÓN SOBRE LAS REACCIONES Y CONDICIONESSe tienen 3 reacciones en la producción de acido acrílico:Reacción primaria:1)

Reacciones secundarias:

2)

3)

La selectividad de la reacción 2 es: S=13.5La selectividad de la reacción 3 es: S=1.6

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Las condiciones en el reactor son:Temperatura (entrada): 190 oCPresión: 446 KPaTemperatura (salida): 290 oC

Estado de reacción: Fase: GasReacción: CatalíticaReacción: Exotérmica

La cinética de reacción esta dado por:

La cinética de reacción para este reactor está dada:

Donde:

iEi

(Kcal/Kmol)

Ko,iKmol/m3h reactor

(KPa)2

1 15000 1,59.105

2 20000 8,83.105

3 25000 1,81.108

La cinética presentada solo es aceptable para un rango de 250-330°C, por encima de los 300°C empieza el coqueo del catalizador, es decir, se deposita carbón sobre la superficie del catalizador dejándolo desactivado y por debajo de los 250°C la velocidad de reacción desciende rápidamente, debido a estos efectos el catalizador no debe de operar fuera de los limites de temperatura.

2) Velocidad de producción del Acido Acrílico50000 TM/año (86.72 Kmol/h)

3) Materia primaPropileno: Vapor puro, 25 oC, 446 KPaAire: 218 oC, 446 KPaVapor a baja presión.La mezcla de alimentación debe tener los siguientes componentes:Aire (conteniendo oxigeno, nitrógeno, vapor de agua): 55% molarVapor: 40% molarPropileno: 5% molarLa temperatura de entrada al reactor es: 190 oC

4) Información del producto (acido acrílico)

a. Capacidad: 60 000 Ton/año = 95.13 Kmol/hb. Pureza: 99.9%c. Precio: 1.92$/Kg.

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5) Información de catalizador

a. Paladio metálico sobre un soporte de carbonob. En general, el paladio se emplea en cantidades de aproximadamente el

0.01% a 10%, preferentemente cerca del 1% al 6%, por ejemplo, 5% en peso del catalizador soportado

c. El tiempo de vida del catalizador es aprox. tres años

6) Restricciones del proceso

a. se recomienda que la razón de agua y propileno no debe ser menos de de 4:1 sobre una base molar, este vapor se utiliza para inhibir la formación de coque en el catalizador por debajo de la temperatura de 330 º C

b. La temperatura de reacción es de 70 ° a 300 ° C, preferentemente entre 90 ° a 150 ° C

c. Es muy preferido mantener la temperatura de reacción por encima del punto crítico de propileno, es decir, alrededor de 91,8 ° C, para mantener el propileno no disuelto como un gas.

d. La presión de la reacción es generalmente entre 50 a 1000 libras por pulgada 2 (psig) preferentemente entre 100 y 600 psig

e. En general, la relación molar de propileno al oxígeno es mayor de 3:1 y es preferentemente entre alrededor de 5:1. Las mezclas explosivas también puede evitarse mediante la adición de diluyentes, como el nitrógeno, el dióxido de carbono, metano, etano y propano a propileno / mezclas de oxígeno

7) Propiedades físico-químicas de los componentes

Acido acrílicoApariencia: LíquidoColor: IncoloroDensidad: 1.04 g/cm³ a 20°C (DIN 51757)Olor: Olor PicantePunto de inflamación: 48.5 °C (DIN 51755)Temperatura de fusión: Aprox. 13 °CTemperatura de ebullición: 141 °C (DIN 51751)Límite inferior de explosividad: 2.0% (V) a 47.5 °CLímite superior de explosividad: 15.9% (V) a 88.5°CTemperatura de ignición: 390 °C (DIN 51794)Presión de vapor: 3.8 mbar a 20 °C - 40 mbar a 60 °CSolubilidad en agua: MiscibleCoeficiente de dispersión: n-octanol/agua (log Pow): 0.46Viscosidad, dinámica: 1.3 mPa.s a 20 °C (DIN/EN/ISO 3219)

Acido acéticoApariencia: Líquido claro y sin color, olor muy picante (vinagre).Gravedad Específica (Agua=1): 1.051 / 20°CPunto de Ebullición (ºC): 118 (glacial)Punto de Fusión (ºC): 16.6 (glacial)Densidad Relativa del Vapor (Aire=1): 2.10 (glacial)Presión de Vapor (mm Hg): 11.4 / 20°CViscosidad (cp): 1.22 / 20°CpH: 2.4 (Solución acuosa 1 M)Solubilidad: Soluble en agua, alcohol, glicerina y éter. Insoluble en sulfuro de carbono.

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PropilenoEstado físico: gas incoloro a temperatura normal (STP)Gravedad específica: 0.5193 a 68 grados FDensidad de vapor: 1.46 (aire=1)Punto de ebullición: -53.8 grados F (-47.7 grados C)Solubilidad en agua: ligeramente soluble (0.18 % de peso a 100 grados F)Punto de fusión: -301 grados F (-185 grados C)Presión de vapor: 160 psia a 68 grados FVolátiles: 100% por volumenPeso molecular: 42.08Densidad: 0.51 g/cc a 15 grados CApariencia/olor: Gas incoloro, con hedor para detección de fugas

Aire:Estado físico : GaseosoApariencia y olor : Inodoro e incoloroConcentración : No aplicablePH : No aplicableTemperatura de descomposición : No aplicablePunto de inflamación : No aplicableTemperatura autoignición : No aplicablePropiedades explosivas : No aplicablePeligro de fuego o explosión : Riesgo de sobrepresiónVelocidad de propagación de la llama : No aplicablePresión de vapor a 20°C : No aplicableDensidad del gas a 21°C/1 atm. : 1.21 Kg/m3Solubilidad en agua : 0,0292 v/v (0°C 1 atm.)

8) Toxicidad, seguridad e impacto ambiental Acido acético

Seguridad:Uso Normal: Gafas de seguridad para químicos a prueba de polvo o salpicaduras con lente de policarbonato y visor contra salpicaduras, o protector facial de 20 cm como mínimo. Guantes, overol, delantal o protector de calzado según la operación que se esté realizando y las características del producto. MATERIALES RESISTENTES: Guantes: 4H, vitón, caucho butilo (para 8 horas), caucho de nitrilo (para 4 horas), neopreno (períodos cortos). No recomendados: Caucho natural, PVC, PVA. Delantal revestido de vinilo o caucho, traje en Tivek. Teflón, saranex, responder (para 8 horas), chemrel (para 4 horas). Botas: Caucho de butilo (para 8 horas), caucho de nitrilo (para 4 horas), neopreno (períodos cortos). Equipo de respiración con filtro para vapores orgánicos, equipo de respiración autocontenido (1000 ppm), utilizar equipo de respiración "full-face" o línea de aire. Control de Emergencias:Equipo de respiración autónomo (SCBA) y ropa de protección total.Controles de Ingeniería:Ventilación local y general, para asegurar que la concentración no exceda los límites de exposición ocupacional, éste equipo debe ser a prueba de corrosión.

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El control de las condiciones de proceso debe ser riguroso. Debe disponerse de duchas y estaciones lavaojos. Considerar la posibilidad de encerrar el proceso.Garantizar el control de las condiciones del proceso. Suministrar aire de reemplazo. Información toxicológica Poderoso irritante de los tejidos. Altamente tóxico por ingestión; existe peligro de perforación de los tubos digestivos (pleuritis) y del estómago (peritonitis).DL50 (oral, rata) = 3310 mg/kg, CL50 (inhalación, ratones) = 5620 ppm (1 hora). CL50 (inhalación,rata) = 16000 ppm (4 horas); DL50 (dermal, conejos) = 1060 mg/kg; CLLo (inhalación, ratas) =16000 ppm/4 hrs.Ensayos en ojos (conejos) = 100 mg de ácido acético causan pequeños efectos de irritación.Ensayos sobre la piel: soluciones entre el 80 - 100% causan severas quemaduras en conejos de indias, soluciones entre el 50 - 80% causan moderadas quemaduras, concentraciones inferiores al 50% producen pequeños daños. 100 mg de ácido acético en los ojos de un conejo causa efectos irritantes leves.

Información ecológicaToxicidad Acuatica: TLm=75 ppm/96 h/ bluegill/ agua fresca;251 mg/ l /96 h mosquito. DBO5=52-62.No presenta evidencias de carcinogenicidad, mutagenicidad y teratogenicidad según experimentos con animales. No se acumula en el cuerpo, éste es fácilmente transformado y excretado, o es usado para la producción de otras sustancias requeridas para el funcionamiento corporal. Clasificación Alemana de contaminación del agua: 1 (Compuestos poco contaminantes del agua). Efectos ecotóxicos y biológicos. Esta sección está bajo investigación y desarrollo.

Acido acrílico

Seguridad:Equipo de protección personal:Protección de las vías respiratorias: Proteger las vías respiratorias en caso de sobrepasar los valores límites de exposición en el lugar de trabajo, con un filtro para gas EN 141 tipo A (gases /vapores orgánicos (punto de ebullición > 65 °C). En caso de contacto con aerosoles, utilizar careta facial parcial de protección respiratoria A1P2.Protección de las manos: Utilizar guantes protectores, en caso de contacto frecuente o prolongado. (Por ejemplo: guantes de nitrilo).El tipo de guantes protectores deberían ser ensayados con respecto a su aptitud (por ejemplo: antielectrostática, resistencia mecánica y química, etc).Las cremas protectoras para la piel pueden ayudar a proteger las zonas de la piel que puedan entrar en contacto con el producto. Las cremas protectoras para la piel no deben aplicarse después de que se haya producido el contacto con la piel.Protección de los ojos: Utilizar gafas protectoras herméticas.Medidas generales de seguridad e higiene:Observar las precauciones habituales en el manejo de los productos químicos.Procurar una buena ventilación, lo cual puede conseguirse con un extractor de aire local o un sistema general de extracción. Si esto no fuese suficiente, para mantener las concentraciones de partículas de polvos por debajo de los valores límites de exposición en el lugar de trabajo, debe usarse equipo de protección respiratoria apropiado y homologado para ello.Evitese el contacto con la piel.Evitar la inhalación de vapores.

Información toxicológica:DL 50 oral: rata: 1500 mg/kgDL 50 dérmica: conejo: Corrosivo.CL 50 inhalatoria: rata:> 5.1 mg/l/4hInformación adicional:Pueden presentarse irritaciones al contacto con los ojos, la piel y en caso que se presente ingestión.

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Sin efectos crónicos.Por inhalación rata:/ 30 min.Se pueden producir muertes tras una exposición prolongada. Test del riesgo de inhalación (IRT):Tras la inhalación de una mezcla vapor/aire altamente concentrada y respecto a su volatilidad no existe ningún riesgo agudo (ninguna mortalidad durante 7 horas).Irritación primaria en mucosa/conejo:En el ojo se presentaron efectos similares a los encontrados en la piel.

Información ecológicaEcotoxicidad:Toxicidad en peces:Salmo gairdneri, syn: Oncorhynchus mykis/CL50 (96 h): 27 mg/lInvertebrados acuáticos:Daphnia magna/ CL50 (48 h): 95 mg/lPlantas acuáticas:Directiva 88/302/CEE, parte C, p.89Scenedesmus subspicatus/CE50 (72 h): 0.04 mg/lMicroorganismos/efecto sobre el lodo activado:DIN 38412 Parte 8.Pseudomonas fluorescens/CE10 (16 h): 41 mg/lValor bibliográfico.DIN/EN/ISO 8192-OCDE 209-88/302/CEE,P.CLodo activado, doméstico/CE20 (0.5 h): 900 mg/lDurante un vertido en pequeñas concentraciones no son de esperar variaciones en la función del lodo activado de una planta depuradora biológicamente adaptadas.Información adicional:Todas las medias deben ser tomadas respetando las exigencias de los organismos ambientales locales.Persistencia y degradabilidad:Indicaciones para la eliminación:Método de prueba: OECD 302B / ISO 9888; 88/ 302 / CEE, parte C.Método de análisis: Reducción CODGrado de eliminación: >70%Clasificación: Buena eliminación en el agua.Potencial de biocaumulación:Debido al coeficiente de dispersión n-octanol/agua (log Pow) es posible una acumulación en organismos.Muy tóxico en organismos acuáticos.

Propileno:SeguridadLímites permisible ponderado (LPP) y Temporal (LPT)de exposición a material:Como guía puede utilizarse el valor de 8mg/m3 total, 2,4mg/m3 fracción respirable DS594/1999.Protección respiratoria: Máscara para polvo, en caso de polipropileno en polvo..Protección para manos: Guantes cuero o genero.Protección de la vista: Lentes de seguridad.Ventilación: Ventilación natural adecuada.

Información toxicológicaToxicidad aguda: ninguno sugerido.Toxicidad crónica o de largo plazo: No disponible.Efectos locales: irritación local por abrasiónSensibilización alérgica: no disponible

Información ecológicaInestabilidad: no aplicaPersistencia / Degradabilidad: como plástico en el largo plazo

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Precauciones ambientales: Debe ser descartado en vía incineración o depósito de residuo autorizado.

ESCTRUTURA ENTRADA / SALIDA DEL PFD Diagrama del proceso:

Criterios: Se asume que la mayor conversión se da en el reactor; siendo la conversión del propileno aproximadamente igual a la conversión final del proceso

Criterios: Se asume que la mayor conversión se da en el reactor; siendo la conversión del propileno aproximadamente igual a la conversión final del proceso

Calidad del producto: Porcentaje de pureza del acido acrílico = 99.9%

Calidad de materia prima

Propileno con 100% de pureza. Aire con 0.79 de Nitrógeno, 0.21 de Oxígeno. Vapor de agua con 100% de pureza. Agua desionizada con 100% de pureza.

1.-BALANCE DE MATERIA

Alimentación(kmollb/h)

% mol

Propileno 140 5.2

Oxigeno 294 11.1

Nitrógeno 1106 41.6

Vapor de agua

1121.8 42.1

Utilizando el valor de S podemos hallar los flujos de salida.Para una conversión del X=0.867: REACCIONES:

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Flujos en kmol/h

PROCESOXG =86.7% Acido acético

Acido acrílico

Propileno

H2O Aire

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SELECTIVIDAD

Hallamos la cantidad de propileno que no reacciona:

(1)

Despejando de (1), N (salida C3H6) tenemos:

= * (1-X)

N (salida C3H6) = 140 (1-0.867) =18.62

Balance de materia del propileno:

18.62 = 140

=121.38 (2)

Balance de materia del CO2 :

N (entrada CO2) = 0 ; inicialmente no reproduce CO2 entonces tenemos:

3)

Balance del acido acético:

N (entradaC2H4O2) = 0 ; inicialmente no reproduce C2H4O2 entonces tenemos:

(4)

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Balance para el acido acrílico:

N (entrada C3H4O2) = 0 ; inicialmente no reproduce C3H4O2 entonces tenemos:

(5)

Usando la selectividad S1:

Despejando N (salida C3H4O2) : tenemos

(6)

Reemplazando (4) y (5) en (6) tenemos:

Dato la selectividad es S1=13.5

(7)

Usando la selectividad S2:

Despejando N (salida C3H4O2) : tenemos

(8)

Reemplazando (3) y (5) en (8) tenemos:

Dato la selectividad es S2=1.6

(9)

Reemplazando (7) en (9) obtenemos una relación:

= r2

(10)

Reempezando (10) y (7) en (2) tenemos:

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Resolviendo el sistema de ecuaciones tenemos:

r2=7.15

r3=17.73

r1=96.15

Reemplazando valores tenemos:

Balance del oxigeno:

Balance del agua:

Alimentación(kmollb/h)

% mol

Propileno 140 5.2

Oxigeno 294 11.1

Nitrógeno 1106 41.6

Vapor de agua

1121.8 42.1

SUSTANCIA SALIDA(Kmol/h)

% MOL

Propileno 121.38 0.006

Oxigeno 51.24 0.023

Nitrógeno 1106

Vapor de agua 1225.45

Dióxido de carbono

60.69

Acido acetico 7.5

Acido acrilico 96.15

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1. POTENCIAL ECONÓMICO

Lista de precios

Sustancia Precio ($/Kg)

Peso molecular

Acido acrílico (producto)

1.92 72.0

Acido acético (sub. Prod)

0.942 60.0

Propileno (M.P) 0.51 42.0Vapor de Agua 0.00662 18.00

Aire 0.00 28.84

El Potencial Económico para este nivel será :

A2.-Velocidad de producción de Acido Acrílico

Capacidad de planta: 50000 TM/año

Sin embargo del balance de materia para la conversión de 86.7% se obtiene :

Acido acético

Costos (debido al reactante y a los insumos utilizados)

Propileno

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Vapor de agua

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