Ejemplo Trabajo Produc Etilbenceno

7/30/2019 Ejemplo Trabajo Produc Etilbenceno

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PRODUCCIN DE ETILBENCENO

Mara Paula Tolosa, Cristian Felipe Ros, Juan lvaro Len, Alan Didier Prez

Objetivo general:

Simular y disear un proceso ptimo para la produccin de etilbenceno de acuerdo a las demandas delpas.

Objetivos especficos:

- Comparar diferentes materias primas para la produccin de etilbenceno (disponibilidad,accesibilidad, costosetc.).

- Escoger el mejor proceso en cuanto a tecnologas y costos.- Optimizar el proceso de acuerdo a las etapas de separacin y de reaccin.- Desarrollar un proceso viable econmicamente de acuerdo a la situacin socioeconmica del pas.

JUSTIFICACION

Una de las fortalezas econmicas de Colombia es el sector textil, de manera que las variaciones

econmicas de este mercado estn fuertemente influenciadas con las materias primas usadas para la

elaboracin de prendas, ropasetc. Este sector depende fuertemente de la importacin de materias

primas, entre otras el etilbenceno, las cuales son usadas en la produccin de fibras de polister y otros

materiales que conforman los productos de valor agregado.

De igual forma el etilbenceno es usado como solvente e insecticida, haciendo muy importante el uso de

este producto.

En conclusin el problema es que Colombia posee las materias primas y la infraestructura para la

produccin de etilbenceno, sin embargo depende fuertemente de las importaciones de este para el

funcionamiento fluido del mercado.

El etilbenceno (EB) es la materia prima usada para la manufactura de estireno. El estireno espolimerizado en poliestireno, uno de los polmeros ms importantes en la industria qumica. El EBtambin se usa como solvente en combustibles, tinturas, insecticidas y pinturas.

INFORMACION GENERAL

1. Produccion mundialA continuacin se muestran las empresas productoras de etilbenceno a nivel mundial y su capacidad de

produccin.

PRODUCTOR CAPACIDAD (millonesde libras por ao de EB)

BP Chemicals, Texas 1.100

Chevron, Los Angeles 1.800

Cos-Mar, Los Angeles 2.200

Dow, Freeport, Texas 1.900


2/32

Huntsman, Texas 350

LyondellChemical,Texas

3.000

Nova, Texas 1.400

Sterling, Texas 2.000

Westlake, Los Angeles 380

TOTAL 14.130

Como se puede observar en la tabla anterior, la produccin de EB a nivel mundial est concentrada enUSA en el estado de Texas. Suramrica no est entre los productores, por ello si se produce EB enColombia se podra generar un negocio rentable ya que no solo satisfaceria las necesidades del pas sinode toda la regin del sur y centro de Amrica en general.

Los precios que se manejan en la regin de Houston, Texas son los siguientes:

Precio alto US$ 0.25/ LbPrecio medio US$ 0.25/ LbPrecio bajo US$ 0.25/ Lb

2. Diferentes Mtodos de sntesis:Sntesis a partir de la hulla:Se puede obtener del alquitrn de hulla (lquido negro y viscoso producido en la destilacindestructiva del carbn para fabricar coque y gas), cuando ste se ha formado a temperaturas muy altas(>900C), pero esto implica un costoso proceso de separacin para obtener muy reducidas cantidades deEB.

Alquitrn de hulla Etilbenceno (T > 900C)

Alquilacin:La produccin comercial de EB se lleva a cabo mediante la alquilacin de benceno con etileno, descritapor la siguiente reaccin:

Benceno + Etileno Etilbenceno

Este proceso es bastante verstil y permite ser llevado a cabo en fase lquida, fase vapor o en equilibriolquido-vapor. Consta de dos etapas principales: la de reaccin y la de purificacin.

a. Cuando se lleva a cabo en fase lquida se utiliza un catalizador de cloruro dealuminio, que es altamente corrosivo e involucra un complejo proceso de recuperacin y altoscostos de tratamiento de residuos contaminados con aluminio.

b. El proceso en fase gaseosa se lleva a cabo en un reactor PBR con zeolitas como catalizador quegarantizan alta selectividad del proceso y menores costos en lo referente al catalizador. En laliteratura se reportan condiciones de operacin de 425C y presiones entre 1 y 2 atm,usando benceno en exceso.

Dadas las caractersticas anteriores se considera sta ltima como la alternativa de produccin msfavorable.


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Para la alquilacin se pueden utilizar diversas materias primas en conjunto con benceno para la obtencinde etilbenceno tales como:

Benceno + Etanol Etilbenceno

Benceno + CloroetanoEtilbenceno + HCl

Benceno + Oxalato de dietiloEtilbenceno

Benceno + Carbonato de dietiloEtilbenceno

3. Descripcin y accesibilidad de materias primasDebido a la fcil adquisicin de benceno y etileno dentro de Colombia se decide omar como materiasprimas estas dos.

3.1.BencenoEl Benceno comercial 535 refinado es libre de sulfuro de hidrgeno y dixido de azufre, pero contiene unmximo de 1 ppm de tiofeno y un mximo de 0.15% de no aromticos. El Benceno de grado de nitracin

es libre de sulfuro de hidrgeno y dixido de azufre. Tambin se encuentra disponible comercialmente

libre de tiofeno, 99% molar, 99.94% molar y de calidad de nanogrado.

Principal Proveedor: IMPORTEX S.A. Cobertura Suramrica y el Caribe. Son suplidores de Benceno en

Colombia.


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Proveedor secundario: Ecopetrol

Precio por galon $9.314,80 (1 Agosto de 2011)

En las siguientes graficas se muestra la produccin mundial de benceno hasta el ao 2011 y la demandade este. Como se puede observar el 51% del benceno producido se utiliza como materia prima para laproduccin de etilbenceno.


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3.2.EtilenoLa mayor parte del etileno producido mundialmente se obtiene por craqueo con vapor (steam cracking) de

hidrocarburos de refinera (etano, propano, nafta y gasleo, principalmente). Tambin se obtiene el

etileno a partir del reformado cataltico de naftas o a partir de gas natural (OxidativeCoupling of Methane,

OCM).mik

Tambin puede obtenerse en laboratorios de Qumica Orgnica mediante la oxidacin de Alcoholes.

Caractersticas de Etileno

El etileno es un gas que se almacena y transporta con dificultad en condiciones criognicas, por lo que su

produccin y consumo se realiza dentro de grandes complejos industriales en los que se encuentraintegrada la refinera de tipo petroqumico y las plantas de produccin de derivados.

Es un producto altamente reactivo participando en reacciones de oxidacin, polimerizacin, halogenacin,

alquilacin, etc.

Principal Proveedor: Ecopetrol

No se tienen reportes de la calidad de venta.
http://es.wikipedia.org/wiki/Naftahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_naturalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_naturalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Nafta


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No se tienen reportes del precio.

A continuacin se muestra la produccin Global de etileno (color rojo en la grfica) durante los ltimos10 aos, adems su demanda (en cantidad y para producir que producto) y costos hasta el ao 2002.

Como se puede observar en la grfica anterior, solo un 7% del etileno es usado para producir etilbenceno.

Datos histricos

AO DEMANDA (millonesde libras)

Precio (Centavospor libra)

1997 55.632 25.90

1998 57.858 20.20

1999 61.110 22.502000 62.753 31.65

2001 55.810 29.50

2002 58.915 23.90


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4. Descripcin del productoCaractersticas de Etilbenceno

Es un lquido inflamable, incoloro, de olor similar a la gasolina.

El uso principal del etilbenceno es para fabricar otro producto qumico, estireno. Otros usos incluyencomo solvente, en combustibles, y en la manufactura de otros productos qumicos.

Riesgos de Etilbenceno

El etilbenceno pasa fcilmente al aire del agua y suelo.En el aire, el etilbenceno sedemora aproximadamente 3 das en degradarse a otros productos qumicos.

El etilbenceno puede ser liberado al agua por desages industriales o por escapes detanques de almacenaje subterrneos.

En aguas superficiales, el etilbenceno se degrada al reaccionar con otras sustanciasqumicas que ocurren normalmente en el agua.

En el suelo, el etilbenceno es degradado por bacterias del suelo.Hay poca informacin acerca de los efectos del etilbenceno sobre la salud de seres humanos. En gente

expuesta a altos niveles de etilbenceno en el aire, la informacin disponible describe mareo, irritacin a la

garganta y los ojos, opresin en el pecho, y una sensacin de ardor en los ojos.Eletilbenceno se absorbe

con facilidad por va oral o cutnea o por inhalacin. En el ser humano, se ha descrito su acumulacin en

el tejido adiposo. El etilbenceno se transforma casi completamente en metabolitos solubles, que se

excretan rpidamente por la orina. Su toxicidad aguda por va oral es baja.

Requerimiento de calidad del productoPureza: 95.95% Min

Clientes potenciales:Dow Qumica, Cartagena, mayor productor de poliestireno en el pas

5. Descripcin del procesoEl proceso se inicia con la recepcin y almacenamiento de las materias primas: benceno (B) y etileno (E),

en la siguiente tabla se muestran las condiciones de cmo debe llegar y las condiciones

dealmacenamiento para cada cual.

Proceso Materia primaEtileno Benceno

Recepcin Nombre de embarque DOT/IMO: Etilenocomprimido

Clasificacin de Peligrosidad: 2.1 (GasInflamable)Nmero de identificacin: UN 1962Nmero de identificacin de producto:1962Cantidad Reportable de producto: NoaplicaEtiquetas de embarque: Gas Inflamable

Transportacin terrestre:Marcaje: 1114. Lquido inflamable.

Cdigo HAZCHEM: 3 WETransportacin martima:Cdigo IMDG: 3058Clase: 3.2Marcaje: Lquido inflamable, txico.Transportacin area:Cdigo ICAO/IATA: 1114Clase: 3


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Placard (cuando se requiera): GasInflamableInformacin Especial de Embarque: Loscilindros deben transportarse en unaposicin vertical segura, en un vehculobien ventilado. El transporte de gases

comprimidos en automviles vehculosde cuerpo cerrado puede presentargrandes riesgos de seguridad y no debeser recomendado ni estimulado.

Cantidad mxima en vueloscomerciales: 5 lCantidad mxima en vuelos de carga:60 l

Almacenamiento

Las reas y lugares de almacenamiento deetileno debern estar bien protegidos, bienventilados y secos.Los cilindros de etileno deben estarseparados de los cilindros de oxgeno o deotros oxidantes por una distancia mnimade 20 pies (6 metros) o por una barrera de

material no combustible de al menos 5pies de altura (1.52 metros) que tenga unatasa de resistencia al fuego de por lomenos media hora.Todo el equipo elctrico en el rea dealmacenamiento debe ser a prueba deexplosin (explosion-proof.Los cilindros deben almacenarse de picon el tapn de proteccin de la vlvulaen su lugar, debidamente asegurados paraevitar que se caigan o se golpeen.Proteger los cilindros de cualquier dao

fsico. No arrastrarlos, no rodarlos, nodeslizarlos ni dejarlos caer.Colocar rtulos de No Fumar Evitar

llamas o chispas en las reas de uso o dealmacenamiento.No deber haber fuentes de ignicin en elrea de almacenamiento.Todo equipo elctrico que deba instalarseen el rea de almacenamiento deber ser aprueba de explosin (explosion-proof).Las reas de almacenamiento deben reunirlas especificaciones del Cdigo Nacional

Elctrico (National Electric Codes) parareas de riesgo de Clase 1.No permitir que la temperatura dealmacenamiento sobrepase los 125 F (52C).Los cilindros llenos y vacos deben estarseparados.Usar un sistema de inventario FIFO (first-in, first-out es decir primero en entrar

Mantenerlo en recipientes bien cerradosen lugares frescos, bien ventilados yalejado de cualquier punto de ignicin.Para almacenar pequeas cantidadespueden utilizarse recipientes de vidrio.Si las cantidades por almacenar sonapreciables, entonces deben utilizarse

recipientes metlicos, generalmente dehierro o acero, ya que los de cobre yaluminio se corroen por las impurezasque puede contener el bencenocomercial.Estos recipientes deben estarconectados a tierra para evitar descargasestticas.


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primero en salir) para evitar que cilindrosllenos sean almacenados por largosperodos de tiempo.

Luego de tenerlos en las condiciones recomendadas de almacenamiento, (E) y (B) se adecuan para que selleve a cabo la reaccin en el primer reactor de alquilacin, donde suceden las reacciones R1 y R2 ya

mostradas, para dicha adecuacin o pretratamiento, las materias primas se calientan hasta 160C por

separado y luego ingresan al reactor ya mencionado, el cual opera a una temperatura y una presin de

160C y 9 bar respectivamente, la fase en la que ocurre es gaseosa y se consume totalmente el etileno. El

producto de este reactor se mezcla con la corriente de fondos de la segunda columna destilacin para

luego ingresar a nuestro segundo reactor donde se lleva a cabo la R7 con una conversin del 66% para el

dietilbenceno (DB). Este segundo reactor opera a 222C y 9 bar, tambin en fase gaseosa.

Los productos del segundo reactor se llevan a una batera de columnas de destilacin donde en la primera

se separa el B, EB y DB, obtenindose una corriente de cima de B y EB, la cual se recircula para el

primer reactor. La columna es de 20 etapas, con un reflujo de 5.07 y una relacin de destilado-

alimentacin de 0.41 y se alimenta en el plato 12. Los fondos de sta columna, est conformada por DB y

EB, los cuales son separados en una segunda columna de destilacin, y en la cima se obtiene un destilado

de EB y un producto de fondos de DB y EB, que son recirculados al segundo reactor. La segunda torre de

destilacin est compuesta por 30 etapas, un reflujo de 0.565 y una relacin de destilado-alimentacin de

0.975 y se alimenta en el plato 16.

6. Anlisis termodinmicoCon el anlisis termodinmico de la reaccin en fase gaseosa lo que se pretende encontrar las condiciones

ptimas de operacin, en las cuales se vea favorecida las reacciones de estudio.

En la figura 1 se observa que tanto la reaccin 1 y 2 son exotrmicas y que su exotermicidad aumenta con

el aumento de la temperatura, por lo que para el diseo del reactor se debera considerar la remocin de

este calor liberado para poder ser aprovechado en otra parte del proceso.

300 350 400 450 500 550 600-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

Temperatura K

Calordereacci

n(Kcal/mol)

Rxn1Rxn2


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Figura 1. Calor de reaccin de las reacciones 1 y 2.

La reaccin 1 a condiciones estndar posee una energa libre de Gibbs de -16,0619kcal/moly la reaccin

2 de -14.6799kcal/mol, lo que indica que se dan espontneamente.

La constante de equilibrio disminuye con el aumento de la temperatura como se muestra en la figura 2,

volvindose menos favorable la reacciona altas temperaturas cuando se encuentra en fase lquida.Tambin se observan valores muy cercanos a 1 lo que indica que las dos reacciones, directa e inversa se

dan a una velocidad especifica similar, lo cual indica que para que la reaccin ocurra en la direccin

deseada se requiere de un catalizador a la aplicacin del principio de Le Chatelier para desplazar la

reaccin en el sentido deseado, por ejemplo usando un reactor de membrana.

Figura 2. Calor de reaccin de las reacciones 1 y 2.

En la figura 3 se presenta como el grado de avance disminuye con el aumento de la temperatura

obtenindose los mejores grados de avance con las relaciones de alimentacin de 5 y 6, que dan muy

similares por lo que solo sera necesario una relacin de alimentacin de 5.

En la reaccin 2 tambin se observa la disminucin del grado de avance con la temperatura y esto debido

al comportamiento visto con las constates de equilibrio con la temperatura, sin embargo en la reaccin 2,

contrario a la reaccin 1, se observa que a relaciones de alimentacin de 1 y 2 se presentan los mayores

grados de avance. Ahora bien, de las dos reacciones toca favorecer un ms que la otra debido a que se

comportan diferente con las relaciones de alimentacin, pero esto podra cambiar con el uso de un

catalizador selectivo.

300 350 400 450 500 550 6001.012

1.014

1.016

1.018

1.02

1.022

1.024

1.026

1.028

1.03

Temperatura K

Constantedeequilibrio

K

K1

K2


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Figura 3. Comportamiento del grado de avance de la primera reaccin con la temperatura a diferentes relaciones de

alimentacin.

Figura 4. Comportamiento del grado de avance de la segunda reaccin con la temperatura a diferentes relaciones dealimentacin.

Las reacciones analizadas fueron las del primer reactor:

()

La reaccin dada en el segundo reactor (tras alquilacin) se analizara a continuacin

()

300 350 400 450 500 550 60032

33

34

35

36

37

38

39

40

41

Temperatura K

Gradodeavance1raR

xn(mol)

R = 1

R = 2

R = 5

R = 6

300 350 400 450 500 550 60011.5

12

12.5

13

13.5

14

14.5

15

15.5

16

16.5

Temperatura K

Gra

dodeavance2daR

xn(mol)

R = 1

R = 2

R = 5

R = 6


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El anlisis termodinmico de esta reaccin se realiz en fase gas, debido a justificaciones bibliogrficas y

a que se evidencio en los resultados de las dos primeras reacciones que en fase lquida las conversiones

son bajas y la constante de equilibrio tiende a 1. En la figura 5 se observa que la reacciones ligeramente

exotrmica en fase gas, liberando su mayor cantidad de energa cerca de los 950 C. A temperaturas altas

(900-1100 C) el grado de exotermicidad es mayor que a temperaturas bajas (600-750 C) por lo que sera

ideal disear el reactor a estas bajas temperaturas, desde el punto de vista energtico.

En la figura 6 e presenta la variacin de la energa libre de Gibbs respecto a la temperatura, observndose

que con el aumento de la temperatura se hace ms favorable, sin embargo en el rango de temperaturas

evaluada, la reaccin es favorable.

En la figura 7 se observa como varia la constante de equilibrio al variar la temperatura y se observan

valores relativamente alejados de la unidad lo que indica que la reaccin de equilibrio se desplaza hacia la

reaccin directa. Sin embargo este valor de la constante de equilibrio disminuye con el aumento de la

temperatura, es decir que a mayor temperatura de operacin la reaccin deja de ocurrir menso hacia el

sentido de la reaccin directa.

Figura 5. Calor de reaccin vs temperatura. Figura 6. Energa libre de Gibbs vs temperatura.

Figura 7. Constante de equilibrio vs Temperatura. Figura 8. Conversin en el equilibrio vs temperatura.

600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-3.2

-3.15

-3.1

-3.05

-3

-2.95

-2.9

-2.85

-2.8

Temperatura, K

H

rxn,

kJ/mol

600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100-27

-26

-25

-24

-23

-22

-21

-20

-19

-18

Temperatura, K

G,

kJ/mol

600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 110090

95

100

105

110

115

120

125

130

135

Temperatura, K

Constante

deequilibrio(K)

600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 11000.96

0.965

0.97

0.975

0.98

0.985

0.99

0.995

1

Temperatura, K

Con

versin(X)

r = 2r = 3r = 4r = 5r = 6


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En la figura 8 se presenta la variacin de la conversin en el equilibrio respecto a la temperatura, e

diferentes relaciones de alimentacin, observndose que a mayores valores de relacin de alimentacin (5

y 6). Entre mayor sea la temperatura la conversin decrecer.

7. Diagrama de Bloques

8. Uso de catalizadoresEn la literatura se encuentran los catalizadores SPW para la alquilacion de benceno, siendo un catalizador

muy activo y selectivo a la alquilacin y trans-alquilacin. Zeolitas tambin son usadas para este tipo de

reacciones y parece una buena alternativa debido a sus costos. HZSM-5 con Si/Al es un catalizador que le

da a la reaccin altas conversiones y es adems selectivo.

9. Mecanismos de reaccionLa produccin comercial de EB se lleva a cabo mediante la alquilacin de benceno con etileno, descrita

por la siguiente reaccin:

C6H6 + C2H4 C6H5C2H5 (R1)

Este proceso es bastante verstil y permite ser llevado a cabo en fase lquida, fase vapor o en equilibriolquido-vapor. Consta de dos etapas principales: la de reaccin y la de purificacin, esta ltima medianteun arduo sistema de destilacin.

Adems de la reaccin principal (r1) se pueden presentar otras reacciones secundarias dentro del sistema:

Recepcin de

materias primas

Condiciones

especiales dealmacenamiento

Adecuacin o

pretratamiento dela materia prima

Calentamientohasta 160C

Compresin a 9bar

Reactor 1

Alquilacin R1 y R2 Fase gaseosa

Etileno se

consumecompletamente

Reactor 2

222C 9 barR7 Fase gaseosa

Conversin de66% para DB

Columnada de

destilacin 1

20 etapas

Alimentacin 12Reflujo 5.07

Relacindestilado-

alimentacin 0.41

Columnaa dedestilacin 2

30 etapas

Alimentacin 16Reflujo 0.565

Relacindestilado-

alimentacin0.975


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El EB puede reaccionar con el etileno para producir dietilbenceno:

C6H5C2H5 + C2H4 C6H4(C2H3)2 (R2)

Y este puede seguir alquilndose para producir otros polietilbencenos:

C6H4(C2H3)2 + C2H4

C6H3(C2H3)3 (R3)C6H3(C2H3)3 + C2H4 C6H2(C2H3)4 (R4)

Adems el etileno puede polimerizarse para producir polietileno o descomponerse en metano y coque:

nC2H4-(C2H4)-n (R5)

C2H4 CH4 + C(s) (R6)

La produccin de etilbenceno por alquilacin de benceno con eteno est acompaada por varios sitios dereaccin los cuales se alquilarn consecutivamente, tendiendo a la formacin de polietilbencenos. Estospueden ser reciclados y convertidos en etilbenceno por transalquilacin.

C6H6 + C6H4(C2H3)2 C6H5C2H5 (R7)

Sin embargo en el sistema reactivo la reaccin (r5) no es factible, dado que se requiere de altas presiones(>1000 atm) y temperaturas (>200C) para la obtencin de polietileno y de la presencia de un iniciadorde la polimerizacin. Sin embargo, es bien conocido que las reacciones que se presentan son la r1, r2 y lar7 que son las correspondientes a la alquilacin y transalquilacion respectivamente. La alquilacin es unareaccin exotrmica y termodinmicamente favorecida por bajas temperaturas y elevadas presiones. Latransalquilacin es virtualmente independiente de la temperatura y la presin.

De forma ms general, se observa en la figura (1) el mecanismo seguido por la reaccin:

Figura 9. Principales reacciones que ocurren en la alquilacin de benceno con eteno.

10.COSTOSEl costo de los impuestos anuales se calcula utilizando el decreto 466 del 2000 en donde relacionan el

porcentaje del salario mnimo legal vigente y el rea en metros cuadrados que ocupa el predio del cual se

desea tener dicho valor.


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El costo de mano de obra para el departamento de Bolvar se calcula utilizando el salario mnimo legal

vigente y el auxilio de transporte aprobado para el ao 2010 en nuestro pas, es calculado solo para el

personal que se necesita para la operacin de los que consideramos son los equipos ms importantes en el

proceso. Se considera un valor de $515.000 por operario para un total de ocho operarios en un turno

laboral por mes.

Gastos de personal

CARGO SALARIO PERSONAS/TURNO TOTALIngeniero Qumico 1600000 3

Electricista 700000 1 700000

Mecnico 700000 1 700000

Operario materias primas 515000 3 1545000

Operario producto 515000 3 1545000

Laboratorios o control de calidad 1000000 2 2000000

Calderas y aguas blandas 515000 2 1030000Total

Gastos administrativos

CARGOSALARIO en

pesos PERSONAS/TURNO TOTAL $Gerente 5000000 1 5000000

Secretaria 900000 1 900000

Recepcionista 700000 1 700000

Portero 515000 3 1545000Contador 1 1300000

Seora de aseo 515000 1 515000

Distribuidores 515000 10 5150000

Total 18 151100000

NOTA: Se debe tener en cuenta que los turnos que se realicen domingos, festivos, y de noche tendrn unincremento del 20 %.

Cada salario debe ser multiplicado por 2.82 que es el factor de correccin por localizacin de la planta (en

nuestro caso Regidor, Bolvar).

Costos Materias primas y productos

Materia Prima o Producto PrecioBenceno US$ 2.00/gal

Etileno US$ 0.88/Kg


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Etilbenceno US$ 1.10/Kg

Costos de utilidad

PROCESO COSTO

Presin de vapor de baja US$ 7.78/1000KgPresin de vapor medio US$ 8.22/1000Kg

Presin de vapor de alta US$ 9.83/1000 Kg

Gas Natural o combustible US$ 6.00/ GJ

Electricidad US$ 0.06/ kWh

Caldera US$ 2.45/1000

Tratamiento de agua US$ 0.067/1000 Kg

Tratamiento de efluentes (basado en elvolumen total tratado)

US$ 56/1000 m3

11.Anlisis de selectividadDefiniendo la selectividad como la relacin entre la velocidad de reaccin del producto deseado y la sumade las velocidades de reaccin de los productos indeseados se tiene:

( )

La expresin indica que para aumentar la selectividad hacia el producto deseado, es necesario mantenerelevada la concentracin de benceno en la alimentacin

12. Tecnologas alternativas del procesoEl objetivo de las tecnologas alternativas del proceso es seleccionar la configuracin que involucre

pretratamiento, zona de reaccin, separacin y tratamiento de efluentes, que presenten el mayor

rendimiento de produccin, la menor generacin de residuos y el menor costo posible en el diseo y

funcionamiento de las unidades involucradas en cada etapa.

El proceso de alquilacin se puede hacer en un medio homogneo y heterogneo, en fase lquida o

vapor. Hoy en da, la alquilacin lquida homognea cubre ms del 24% del etilbenceno (EB)

producido. Alrededor del 40% de la produccin mundial de EB se lleva a cabo en medio vapor-

heterogneo. El resto de EB se produce en fase lquida-heterognea1. Varios procesos de alquilacin se

1P.I. Carlo Perego, Recent advances in the industrial alkylation of aromatics: new catalysts and new processes, Catal. Today 73

(2002) 322.


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han propuesto para mejorar los procesos de alquilacin de benceno2. Por ejemplo, el proceso Mobil-

Badger utiliza como catalizador la zeolita ZSM-5 con el fin de aumentar la difusin de EB y evitar que el

polietilbenceno (PEB) se difunda a travs del catalizador. En este proceso, la relacin molar benceno a

etileno es de 8-16 lo que aumenta la energa necesaria en la unidad de la fraccin para la separacin

delEB de benceno y del transetilbenceno3,4. En 1995, Mobil Co. introdujo el proceso de Mobil-

RaytheonEBMax para la alquilacin lquido-heterognea. En este proceso se utiliza catalizador MCM-22que aumenta el tiempo de operacin en alrededor de 3 aos. En este proceso, la relacin molar de benceno

a etileno es de 3-5 el cual aumenta el rendimiento del proceso mediante la reduccin de la corriente de

reciclado de benceno. Adems, como el proceso funciona en la temperatura ms baja, hay una

disminucin significativa en la produccin de xileno5,6. En 1994 el proceso de CDTech se introdujo con

el fin de aumentar el tiempo de selectividad y de funcionamiento. En este proceso, los flujos a

contracorriente ayudan a minimizar la produccin de productos no deseados PEB y otros. Por lo tanto, no

se necesita un reactor diferente para la separacin del EB y el PEB7. Lummus / UOP Co. propone un

nuevo enfoque para la produccin de EB de la fase lquida para recuperar la selectividad y aumentar el

tiempo de funcionamiento. Se utilizan dos reactores para la alquilacin y uno en la transalquilacin con

zeolita de tipo Y para su proceso8 (Se documenta ms informacin acerca de los diferentes catalizadores

usados, ms adelante). IPCL Co. introdujo el enfoque de Albene usando biomasa como agente de

alquilacin, y Dow Chemical Co. propone un proceso de alquilacin de dos etapas que utiliza gas de

chimenea como agente de alquilacin9. Liu et al. propuso un proceso industrial novedoso para la

produccin altamente selectiva de EB y afirm que el reactor de polialquilacin podra omitirse en el

nuevo proceso10. Muchos otros intentos se han hecho para mejorar el proceso de alquilacin y aumentar

la produccin de EB11,12,13.

2L.A.H.P.B. Venuto, P.S. Landis, J.J. Wise, J. Catal. 5 (1966) 81.3W.E.G.N.Y. Chen, Catal.Rev. Sci. Eng. 28 (1986) 185.4S. S.-H. Wang, Styrene, P.E.P report 33c, supplement c, process economics program, SRI International, March 1993, pp. 4

2/43

5S.S.C.B. Maerz, C.R. Venkat, D. Mazzone, Dewitt Petrochem. Rev. (March) (1996) 1921.

6T.F.D.J.C. Cheng, J.S. Beck, Y.Y. Huang, M. Kalyanaraman, J.A. Kowalasky, C.A. Loehr, D.N. Mazzone, Science and Technology in

Catalysis 998, Kodansha Ltd, Tokyo, 1999, 53.

7G.J.T.P.T. Barger, R.R. Herber, T. Imai, US Patent, 4,774,377 to UOP, 1998.8C.G. Wight, US Patent, 4,169,111 to Union Oil Company of California, 1979.

9G.C.L. Forni, F. Missineo, G. Bellussi, C. Perego, G. Pazzuconi, Appl. Catal. (1995) 261.

10S.F.C. Liu, S. Xie, P. Zeng, X. Du, L. Xu, Highly selective EB production through alkylation of dilute ethylene with gas phase-

liquid phase benzene and transalkylation feed, J. Nat. Gas Chem. 18 (2009) 2124.

11P.I. Carlo Perego, Corrigendum to recent advances in the industrial alkylation of aromatics: new catalysts and new processes,

Catal. Today 73 (2002) 322.

12P.P. SupawadeeNamuangruk, JumrasLimtrakul, Alkylation of benzene with ethylene over faujasite zeolite investigated by the

oniom method, J. Catal. 225 (2004) 523530.

13S.A.-K.T. Odedairo, Kinetic analysis of benzene ethylation over zsm-5 based catalyst in a fluidized-bed reactor, Chem. Eng. J.

157 (2010) 204215.


18/32

Los efectos de los parmetros operacionales y las variables de proceso se han investigadopor muchos

investigadores. Por ejemplo, los efectos de la temperatura y la composicin de la alimentacin sobre la

actividad cataltica y la distribucin de los productos han sido estudiadas por Li et al.14. Cavani et

al. Investig los efectos de la temperatura, tiempo de contacto, y la composicin del alimento en el

rendimiento cataltico de la transalquilacin de dietilbencenos con benceno15. Sharanappa et al. estudi la

alquilacin selectiva y la desproporcin de EB en la presencia de otros compuestos aromticos16. Al-

Kinany et al. han demostrado que el cido trflico podrausarse para la transalquilacin de o-dietilbenceno

con benceno a EB a bajas temperaturas y presin atmosfrica17.

En cuanto a los diferentes catalizadores empleados en la produccin de etilbenceno, en la tecnologa

actual, propuesto por Lummus / Unocal / UOP,se adopta un proceso de alquilacin en fase lquida en la

que el etilbenceno se obtiene mediante la alquilacin de benceno con etileno sobre un catalizador de

zeolita. Este proceso se realiza a bajas temperaturas y altas presiones y la operacin en fase lquida tiene

la ventaja de un mejor control y una vida del catalizador ms larga 18,19,20,21.Adems, este proceso evita los

inconvenientes del proceso tradicional en el cual los catalizadores son cidos minerales fuertes o cidos

de Lewis, los cuales son txicos y corrosivos, lo que hace peligrosa su manipulacin y el

transporte. Cuando la primera planta comercial se inici en marcha, en 1990, se utiliz una zeolita tipo Y,

pero la ltima generacin de estos catalizadores se basa en la modificacin de la zeolita tipo beta, lo que

permiti superar las limitaciones de difusin, siendo ms selectivo que la zeolitaY22,23.

A pesar de estas ventajas, este proceso utiliza productos qumicos de alto valor, tales como etileno y el

benceno, lo que aumenta los costos de fabricacin de etilbenceno. Una alternativa a este proceso podra

ser la produccin de etilbenceno a partir de una materia prima que provenga directamente de ladestilacin del petrleo, por ejemplo, por ladeshidrociclizacion de cortes de nafta de petrleo, rico en

14Y.B.X. Li, Y Yang, Synthesis of EB by alkylation of benzene with diethyl oxalate over hzsm-5, Fuel Process. Technol. 90 (2009)

12201225.

15M.C.F. Cavani, E. Bencini, G. Goffredi, Liquid-phase transalkylation of diethylbenzenes with benzene over _-zeolite: effect of

operating parameters on the distribution of the products, Appl. Catal. A: Gen. 226 (2002) 3140.

16S.P.N. Sharanappa, V.V. Bokade, Selective alkylation and disproportionation of ethylbenzene in the presence of other

aromatics, J. Mol. Catal. A: Chem. 217 (2004) 185191.

17B.Y.J.M.C. Al-Kinany, S.H. Al-Khowaiter, M.A. Al-Dosari, H.A. Al-Megren, S.M. Al-Zahrani, K.I. Al-Humaizi, Low temperature

transalkylation of o-diethylbenzene with benzene to ethylbenzene using triflic acid as a catalyst, Chem. Eng. Process. 44 (2005)

841846.

18T.F. Degnan Jr., C.M. Smith, C.R. Venkat, Appl. Catal. A: Gen. 221 (2001) 283294.19Y. Du, H. Wang, S. Chen, J. Mol. Catal. A: Chem. 179 (2002) 253261.20S.-G. Yoon, J. Lee, S. Park, Appl. Therm. Eng. 27 (2007) 886893.21C. Perego, P. Ingallina, Catal. Today 73 (2002) 322.22C. Perego, P. Ingallina, Catal. Today 73 (2002) 322.23

G. Bellussi, G. Pazzuconi, C. Perego, G. Girotti, G. Terzoni, J. Catal. 157 (1995). 227234.


19/32

parafinas lineales con ocho tomos de carbono. Esta va parece ser ms econmica, ya que no necesita

productos qumicos de alto valor.

En las condiciones del reformado de nafta convencional enlas refineras de petrleo, se emplean

catalizadores con caractersticas determinadas que permitan maximizar la produccin de etilbenceno, tales

como una baja acidez en la superficie para evitar el agrietamiento y la isomerizacin 24, la capacidad del

soporte para estabilizar el metal disperso como partculas muy pequeas25,26 y un sistema de poros que

desfavorezcan la formacin de grandes cantidades de coque, que podra conducir a la desactivacin del

catalizador27,28. Varios catalizadores parecen mostrar estas caractersticas yhan demostrado ser eficientes

para producir etilbenceno, como el circonio y el carbono29, las nanopartculas de xido de titanio, circonio

y hafnio en una matriz de carbono30, platino y potasio soportado en almina31,- platino y platino-estao

soportado en zirconio y almina32, platino soportado en slice o silicato33, platino soportado sobre xidos

de espinela no-cido como MgAl2O4 o ZnAl2O434, catalizadores que contienen Mo2C

35 y platino

soportado sobre diferentes tipos de zeolitas36.

Entre estos slidos, las zeolitas parecen ser especialmente prometedores para la reaccin, debido a la

posibilidad de un fcil control de la acidez, por su morfologa y tamao de los canales, as como del

tamao y la distribucin de las partculas metlicas que pueden ser depositados en el interior o exterior de

los canales.

Con el fin de obtener catalizadores ms eficientes para la produccin de etilbenceno a partir de la

deshidrociclizacion de n-octanos, se ha estudiado el efecto del magnesio, calcio y bario en las propiedades

24S. Jongpatiwut, P. Sackamduang, T. Rirksomboon, S. Osuwan, D.E. Resasco, J. Catal. 218 (2003) 111.

25S. Jongpatiwut, P. Sackamduang, T. Rirksomboon, S. Osuwan, D.E. Resasco, J. Catal. 218 (2003) 111.

26S. Trakarnroek, S. Jongpatiwut, T. Rirksomboon, S. Osuwan, D.E. Resasco, Appl. Catal. A: Gen. 313 (2006) 189199.

27E. Iglesia, S.L. Soled, G.M. Kramer, J. Catal. 144 (1993) 238253.28G. Jacobs, C.L. Padro, D.E. Resasco, J. Catal. 179 (1998) 4355.29

D.L. Hoang, H. Preiss, B. Parlitz, F. Krumeich, H. Lieske, Appl. Catal. A 182 (1999).385397.

30A. Trunschke, D.L. Hoang, J. Radnik, K.-W. Brzezinka, A. Bruckner, H. Lieske, Appl. Catal. A: Gen. 208 (2001) 381392.

31B.H. Davis, J. Catal. 42 (1976) 376380.32

D.L. Hoang, S.A.-F.Farrage, J.M.-M.Radnikpohl, M. Schneider, H. Lieske, A. Martin, Appl. Catal. A: Gen. 333 (2007) 6777.

33P. Meriaudeau, A. Thangaraj, C. Naccache, S. Narayanan, J. Catal. 146 (1994) 579582.

34H. Armendariz, A. Guzman, J.A. Toledo, M.E. Llanos, A. Vasquez, G. Aguillar-Rios, Appl. Catal. A: Gen. 211 (2001) 6980.

35A. Szechenyi, F. Solymosi, Appl. Catal. A: Gen. 306 (2006) 149158.36

S. Jongpatiwut, S. Trakarnroek, T. Rirksomboon, S. Osuwan, D.E. Resasco, Catal. Lett. 100 (2005) 715.


20/32

del platino soportado en zeolita tipo Y. Adems es bien conocido que la adicin de los promotores es una

forma eficaz para cambiar la acidez de las zeolitas37,38.

A diferencia del proceso expuesto en el presente trabajo, existe en la actualidad un proceso de obtencin

de etilbenceno empleado en LG Chemicals.El proceso tiene un alquilante, un transalquilante, y ocho

columnas de purificacin. Las materias primas del proceso son el benceno fresco, benceno anhidro y

etileno.

El benceno fresco y benceno anhidro se precalientan y alimentan a las columnas de extraccin ligera

(Light RemovalColumns: LRC) para la purificacin y luego se convierte en benceno seco, que va al

alquilador y al transalquilador a travs del tanque de almacenamiento de benceno. En la parte superior de

la columna de extraccin ligera, se purgan los compuestos ligeros. El etileno crudo es alimentado

directamente al alquilador, en el que ocurre la alquilacin de benceno y etileno. El alquiladortiene seis

bandejas en dos de las cuales se recupera la energa calrica dela reaccin exotrmica con generacin de

vapor. Una corriente efluente del alquilador se compone de etilbenceno, benceno, polietilbenceno, y

pequeas cantidades de compuestos aromticos. En el proceso de alquilacin, tambin se registra una

alquilacin desfavorable en exceso que producepolietilbenceno. Las selectividades son alrededor del 90%de etilbenceno y el 6% depolietilbenceno.Debido a que el precio del etileno es superior al del benceno y a

que la alquilacin en exceso se reduce bajo exceso de benceno, la cantidad de benceno alimentado es

mayor que la cantidad requerida estequiomtricamente. La relacin de alimentacin molar de benceno a

etileno es de aproximadamente 7. La columna de benceno recupera el benceno que no reaccion, el cual

va a la columna de extraccin ligera para la purificacin. El flujo de fondo de la columna de benceno va a

la columna de etilbenceno, que lo purifica. El flujo de la parte superior de la columna tiene el producto

(etilbenceno) y el flujo de fondo va a la columna de polietilbenceno. Esta columna

separa el polietilbenceno y otros compuestos pesados y elpolietilbenceno va al transalquilador a travs de

los tanques de almacenamiento de este compuesto. El transalquilador produce etilbenceno por

transalquilacin del polietilbenceno. El producto final de la columna de polietilbenceno, el aceite de flujo,

se utiliza como fuente de energa de los calefactores39.

13.SimulacinDescripcin del proceso

En la figura 10 se presenta el esquema del proceso para produccin de etilbenceno, el cual se simulo en

aspen para las condiciones ptimas dadas en la zona de reaccin de acuerdo al anlisis termodinmico y

para un flujo de reactivos tal que se pueda suplir el 10 % de la produccin mundial de etilbenceno.

37M. Guisnet, F.R. Ribeiro, Zeolitos: umnanomundoaoservic o da catalise, Fund. CalousteGulbenkian, Lisboa, 2004.

38M.S. Ramos, S.T.F. Grecco, L.P. Gomes, A.C. Oliveira, P. Reyes, M. Oportus, M.C. Rangel, Stud. Surf.Sci. Catal. 156 (2005) 809

814.

39 S. Yoon, J. Lee, S. Park, Appl. Ther. Engin.27 (2007) 886893


21/32

La seccin de reaccin consiste de dos reactores un primer reactor de lecho empacadodonde ocurre la

alquilacin para producir etilbenceno, la cual consiste de dos reacciones en serie donde se obtiene como

coproducto di-etilbenceno, los alimentos son benceno y etileno.Las reacciones ocurren en fase gaseosa y

este reactor opera a una temperatura de 160C y presin igual a 9bar, por tratarse de exotrmica libra gran

cantidad de energa que puede ser utilizada en otra unidad. El benceno no convertido se separa en una

columna de destilacin para ser recirculada a este primer reactor y el dietilbenceno pasa a un segundo

reactor donde se realiza la trans-alquilacin del di-eteitilbenceno donde se obtiene ms etilbenceno y el

flujo de salida de este reactor pasa por otra columna de destilacin donde se separa el etilbenceno

purificndose el producto deseado, etlibenceno. Durante este proceso las corrientes reciben varios

acondicionamientos de temperatura para los cuales se utilizan dos intercambiadores de calor previos al

primer reactor, donde cada intercambiador de calor acondiciona cada uno de los dos reactivos y un tercer

intercambiador que acondiciona la entrada de los reactivos al segundo reactor.

Figura 10. Esquema del proceso de produccin de etilbenceno.

Juntos reactores son de lecho empacado para los cuales se utilizaron reactores estequiomtricos con una

conversin fijada de acuerdo a la conversin obtenida en un reactor a las condiciones de presin y

temperatura ptimas.

Las recirculaciones se realizaron para obtener conversiones globales del proceso altas, que sin duda no se

alcanzaran sin ellas, a menos de que se usaran reactores de grandes longitudes, lo cual implica un

elevado costo de capital y mayores cadas de presin que involucran mayor potencia en las bombas.

14.Red de intercambio de calorRealizada la simulacin en Aspen PlusV.7.2, con las especificaciones expuestas en las planteadas en el

tem anterior, se realiz elanlisis energtico con el Aspen EnergyAnalyzer, donde se realiza un anlisis


22/32

detallado por corriente y unidades de la cantidad minina de energarequerida de servicios externos de

calentamiento y enfriamiento, rea de transferencia delos equipos involucrados en la red, nmero de

intercambiadores de calor necesarios, entre otros.

Dichos resultados se presentan en las siguientes grficas y tablas.

Figura 11.Relacin de transferencia de calor entre los fluidos de proceso y los fluidos de servicio externo

Para el proceso de produccin de hidrogeno a partir del reformado de metano, se observa en figura 7 que

no es posible realizar una integracin energtica dentro del mismo proceso y por ende los requerimientos

de enfriamiento y calentamiento deben suplirse con fuentes externas.

Comnmente en los procesos industriales este comportamiento se puede dar por varias razones:

1. Las magnitudes de las corrientes son muy distintas2. Las zonas energticas que se tienen son muy diferentes3. Se tienen ms requerimientos de calentamiento que de enfriamiento o viceversa

Heatexchanger CostIndexArea

[m2]Shells

Load

[KJ/h]

Condenser B10 8,02E+04 268,5 1 1,56E+07

B3 heatexchanger 1,87E+05 716,2 2 1,76E+07


23/32

Reboiler B10 3,61E+04 77,86 1 1,98E+07

Condenser B12 1,10E+04 1,379 1 3,63E+04

B2 1,88E+04 20,08 1 3,47E+06

B6 Heatexchanger 3,77E+04 83,89 1 3,51E+06

Reboiler B12 1,67E+04 14,17 1 4,61E+06

B5 1,49E+04 9,543 1 1,73E+06

B1 1,44E+05 505,3 2 1,02E+06

TOTAL 5,46E+05 1697 11 6,72E+07Resultados de las utilidades de la red de intercambio de calor

HeatexchangerColdTin

[C]

ColdTout

[C]Hot Stream

Hot Tin

[C]

Hot

Tout

[C]

Area

[m2]

Tmin

Hot

[C]

TminCold

[C]

Condenser B10 166,4 1,67E+02 HP steam 250 249,6 268,5 83,13 83,21

B3 heatexchanger 124,2 1,25E+02 B3 heat 160 159,5 716,2 35 35,33

Reboiler B10 179,6 2,03E+02 HP steam 249,6 249 77,86 46,62 69,42Condenser B12 30 3,50E+01 condenser B2 a Destila 134 133,5 1,379 99 103,5

B2 92,36 1,60E+02 MP steam 175 174,6 20,08 15 82,26

B6 Heatexchanger 124 1,24E+02 B6 heat 217,3 160 83,89 93,11 36

Reboiler B12 136,4 1,33E+01 Mpsteam 174,6 174,1 14,17 37,28 37,68

B5 203 2,20E+02 HP steam 249 249 9,543 29,05 46,04

B1 29 1,60E+02 MP steam 174 174 505,3 14,11 145Datos de las condiciones de temperatura de entrada y salida en las corrientes calientes y fras

NameInlet T

[C]

Outlet

T [C]

MCP

[KJ/C*h]

Enthalpy

[KJ/h]

Flowrate

[Kg/h]

EffectiveCp

[KJ/KgC]

BMIX a BHOT 92 160 3,47E+06 2,218 -

Fonos1 a Fonhot 203 220 1,01E+05 1,73E+06 1,745 5,814

Efeed a Ehot 29 160 1,02E+06 4363 -

condenser B10 a reciclo1 166,4 166,9 3,11E+07 1,56E+07 5,52E+00 1,13E+00

reboiler B10 a Fondos1 179,6 203 1,98E+07 7,155 -

Condenser B12 a destilado 134 133,5 7,26E+04 3,63E+04 1,755 112

Reboiler B12 a fondos2 136,4 137,3 4,61E+06 1,817 -

B6 heat 217,3 160 6,13E+04 3,51E+06 - -

B3 heat 160 159,5 3,51E+07 1,76E+07 - -Resultados de la red de intercambio de calor obtenidos en cada unidad empleada en el proceso


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Figura 12. Costos totales dela red de intercambio de acuerdo a la variacin de Tmin.

Figura 13. Diagrama de curva compuesta.

15.Tratamiento de residuosLa conversin global de los reactivos es total por las recirculaciones hechas en los dos reactores, sin

embargo una de las reacciones secundarias que se trata de evitar al mximo cuando se escogen las

condiciones de operacin (escogiendo condiciones donde son poco favorables estas reacciones), es la

formacin de coque y metano. El metano industrialmente es purgado y se aprovecha en las calderas

gracias a su poder calorfico, aunque las cantidades obtenidas de este metano son pocas. El coque afecta


25/32

directamente al catalizador, que lo envenena y poco a poco le disminuye su actividad cataltica por lo que

debe reactivarsepasado cierta cantidad de tiempo, siendo estos periodos de tiempo bastantes prolongados

por la cantidad tan baja de coque producido en el proceso, este coque tambin puede ser utilizado como

combustible, sin embargo como el metano tambin lo es, y las calderas y dems equipos de generacin de

energa o trabajan con combustibles slidos, o lquidos o gaseosos, entonces dependiendo del tipo de

combustible del con el cual trabaje el equipo servir uno u otro combustible y el otro se deber almacenarcon sus debidos cuidados.

Combustible suplementarioLos combustibles suplementarios se refieren al uso de desechos de refinera como combustible en hornos

y calderas industriales. Los hidrocarburos residuales obtenidos de los desechos tienen un valor calorfico

y pueden ser utilizados en procesos industriales con preparacin mnima. Los usuarios primarios de

desechos como combustibles suplementarios son los hornos de cemento. En los EE.UU., algunos hornos

de cemento tienen acuerdos nacionales con compaas que manejan desechos, para aceptar desechosorgnicos como combustible.

Segn las regulaciones de la RCRA de los EE.UU., un combustible suplementario debe tener al menos

5000 BTU/lb de valor calrico. Los hornos de cemento imponen requerimientos adicionales en valor

combustible, niveles de metales y caractersticas de manejo del material. Si el material no cumple con

todos los criterios, puede mezclarse con otro material hasta que las especificaciones de la mezcla sean

aceptables como combustible. Los combustibles suplementarios no estn restringidos a lquidos. Si el

horno de cemento est adecuadamente equipado para manejar slidos, tales como tortas de filtros prensa,

tambin pueden ser utilizados como combustible.

Almacenamiento de coqueTemperatura y productos de descomposicin: En la descomposicin termal se pueden producir humos

txicos e irritantes.

Reacciones peligrosas: Cuando se calienta con oxidantes fuertes como: nitrato amnico o tetracloruro

amnico, bromatos, cloratos, yodatos, cido ntrico, etc. Condiciones de almacenamiento: Lugares

ventilados. Prohibicin de fumar en la zona de almacenamiento.

Materiales incompatibles: Oxidantes fuertes como: nitrato amnico o tetracloruro amnico, bromatos,

cloratos, yodatos, cido ntrico, etc.

Almacenamiento de metanoProteger los cilindros de cualquier dao fsico. Almacenar en un rea fresca, seca, bien ventilada, lejos de

los lugares de trfico vehicular y de las salidas de emergencia. No permitir, que en el lugar de almacenaje

la temperatura exceda 125F (52C). Los cilindros sern colocados parados y bien asegurados para evitar


26/32

que se caigan o se golpeen. Se deben separar los cilindros llenos de los vacos. Utilizar un sistema de

inventario con fecha de ingreso y egreso de las unidades para evitar que cilindros llenos queden

almacenados durante perodos excesivamente largos. Coloque carteles en el rea de almacenaje con la

leyenda NO FUMAR o el smbolo de LLAMAS ABIERTAS. No deben encontrarse fuentes de ignicin

en el rea de almacenaje o uso. Para informacin adicional sobre recomendaciones de almacenaje,

consulte los boletines de Compressed Gas Association P-1, P-14, y Safety Bulletin SB-2

Utilizar solamente en reas muy bien ventiladas. Las tapas protectoras de las vlvulas deben estar

colocadas, a menos que el cilindro posea cao de salida desde la vlvula al punto de uso. No arrastrar,

deslizar o hacer rodar los cilindros, sino utilizar auto-elevadores o zorras para desplazarlos. Utilizar un

regulador reductor de presin cuando se conectan los cilindros a una presin menor (< 3000 psig)

caeras o sistemas. De ninguna manera se deben calentar los cilindros para incrementar su velocidad de

descarga. Utilizar una vlvula de control o de retencin para evitar riesgos de retroceso de flujo al interior

del cilindro.

16 Optimizacin del procesoMediante un anlisis previo de las variables de diseo del proceso de obtencin de etilbenceno a partir de

etileno y benceno, se puede concluir que se tiene un objetivo de optimizacin relacionado con todos las

dems variables que es la conversin, por lo cual se decide optimizar esta, de forma que se obtenga el

mejor potencial econmico para el proceso descrito en los numerales anteriores del presente trabajo.

Se optimizara un sistema de reaccin separacin/reciclo mostrado en la figura siguiente. Se realizan los

respectivos balances para luego ser reemplazados en la funcin de potencial econmico.

CostosGananciasEP ..

CSFFFFEPETETBBETETEBEB

122 $$$$..

Balances

XFFBB

112


27/32

X

F

FFF

B

ET

BET 1

1

12

XFFBEB

12

El balance en el punto de mezcla para el reactor es:

21

BBBFFF

Combinando estos balances se obtiene la siguiente ecuacin de potencial econmico en funcin de la

conversin como variable de diseo, y del grado de recirculacin (), como variable secundaria, la cual se

definida. Los costos de servicios se denominaron CS.

CSFF

X

XFF

X

XFEP

ETETBB

B

ETET

B

EB

11 $$

11$

11$..

Aplicando el mtodo de Newton para obtener las conversiones que maximicen el potencial econmico

para un grado de recirculacin definido.

Al realizar dicha optimizacin se obtuvo la grfica presentada a continuacin, en la cual se quiso analizar

tambin la influencia de la relacin de reflujo en la obtencin del mejor potencial econmico, el mtodo

de optimizacin utilizado fue el de Newton-Raphson con el cual se obtuvieron los valores ptimos de

conversin para cada relacin de reflujo.

Como se puede apreciar en la tabla anterior a pesar de aumentar la relacin de reflujo causante directo del

aumento en los gastos operativos el potencial econmico tambin aumenta debido a que la conversin

aumenta al incrementar la cantidad recirculada lo que nos disminuye los gastos de separacin, que es uno

de los costos ms significativos dentro del proceso, dndonos as un incremento en el PE.

X (ptima) conversin que maximiza el PE PE (mximo) Grado de recirculacin ()

0.6900 1.8643 0.7000

0.7200 1.8674 0.8000

0.7800 1.8721 0.9000

0.9100 1.8823 0.9900


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Segn lo descrito anteriormente se trabajara para los numerales siguientes con una conversin del 91 % y

una relacin de recirculacin de 0.99, para dimensionar cada uno de los equipos involucrados en el

proceso y para obtener los costos totales del proyecto.

17 Dimensionamiento de los equipos

El dimensionamiento de los equipos de proceso es de vital importancia si se desea pasar desde una

simulacin preliminar en estado estacionario a un anlisis de sensibilidad del proceso para determinar con

ello las variables de diseo que nos pueden afectar la produccin deseada de etilbenceno. Adems de

definir con base en el dimensionamiento de los equipos se puede plantear un costo de produccin del

proyecto con ayuda de estos datos y del software ASPEN ICARUS.

Para el esquema de proceso planteado anteriormente se cuenta con siete unidades principales de proceso

diferentes: tres intercambiadores de calor, dos reactores y dos columnas de separacin.

Con base en los resultados obtenidos con el simulador ASPEN PLUS para el diagrama de proceso

establecido el mejor arreglo entre costos y dimensin de los diferentes equipos utilizados en la produccin

de etilbenceno se presenta a continuacin.

Detalle de los equipos utilizados en la simulacin con Aspen Icarus.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11.85

1.855

1.86

1.865

1.87

1.875

1.88

1.885x 10

6

Conversin, X

P.E.

[/hr]

= 0.7

= 0.8

= 0.9

= 0.99ptimo


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B1 Intercambiador de calor de doble tubo

rea de transferencia, m2 34,9

TEMA BES

Tf(diseo), C 200

Tf(operacin), C 182

Do, mm 25,4

Tc (operacin), C 177

Dc, m 0,5

Longitud, m 6,1

Grosor, mm 3,175

Pitch, mm 31,75 triangular

B2 Intercambiador de calor (2-tubo-1-

coraza)rea de transferencia, m2 234

Tf(diseo), C 194,3

Tf(operacin), C 182

Tc (diseo), C 190

Tc (operacin), C 177,8

Longitud, m 6,1

Grosor, mm 3,175


B5 Intercambiador de calor (2-tubo-1-coraza)

rea de transferencia, m2 40,91

TEMA BES

Tf(diseo), C 260

Tf(operacin), C 246,9

Do, mm 25,4

Tc (diseo), C 250

Tc (operacin), C 237Longitud, m 6,09

Grosor, mm 3,175


B3 Primer reactor


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Dimetro, m 1,22

Longitud, m 4,73

Material de la chaqueta CS

B5 Segundo reactorDimetro, m 1,22

T (diseo), C 242,2

Longitud, m 4,73

Material de la chaqueta CS

B10 Primera columna de destilacin

T (diseo), C 232

T (operacin), C 202

Material del plato A28SCEspaciamiento, m 0,609

Numero de platos 26

grosor del plato, mm 4,5

altura, m 20

Dimetro, m 1,82

Tipo de plato Perforado

Norma ASME: D1NF1

B12 Segunda columna de destilacin

Material del plato A28SC

Espaciamiento, m 0,61

Numero de platos 62

grosor del plato, mm 4,5

altura, m 42

Tipo de plato Perforado

Dimetro, m 1,82

Norma ASME: D1NF1

18 Evaluacin econmica

Con base en los equipos previamente definidos y con base en los datos arrojados en la simulacin del

proceso por ASPEN PLUS, se pasan estos datos al paquete de software ASPEN ICARUS, para

determinar el costo total del proyecto. Para obtener dicha informacin es necesario establecer algunos

valores para completar la simulacin como lo son el costo de materias primas, el costo de producto,


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salario mnimo actual vigente en Colombia, el precio de la luz, el precio del agua potable, etc. Estos

parmetros se describen a en el numeral 10 del presente trabajo y con base en estos se obtuvieron los

siguientes resultados.

Costo total del proyecto 9320000 $US

Costo Total de operacin 6474210 $US

Costo total de la materia prima 147148 $US

Servicios 4060000 $US

El periodo evaluado del proyecto es de 20 aos, periodo en el cual se recupera rpidamente la inversin

en el mismo dado que el porcentaje de retorno por ao es del 20% mostrado en el informe generado por el

software, pero en el primer ao de implementacin del proyecto el flujo de caja ser negativo debido a

que el mayor costo del proceso es el costo de operacin que incluye el dimensionamiento de los equipos y

el costo directo de los mismos.

19 Bibliografa

PIERSON, Hugh O. Handbook of Carbon, Graphite, Dia mond and Fullerenes NoyesPublications. New Jersey, U.S.A.1993

Yi-feng Shi, Yong Gao, Ying-chun Dai, Wei-kang Yuan. Chemical EngineeringScience 56(2001) 1403-1410

Y i n g c h u n D u , H a i W a n g , S h u C h e n . J o u r n a l o f M o l e c u l a r C a t a l y si s A : Chemical 179 (2002) 253261

Sung-Geun Yoon, Jeongseok Lee, Sunwon Park. Applied Thermal Engineering27 (2007) 886893.

T.F. Degnan Jr., C.M. Smith, C.R. Venkat, App. Catal. A 221 (2001) 283. Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry. Editorial Advisory Board. Vol.21, 24. MONTOYA, Rafael. Qumica Fundamental Editorial Bedout. Medelln, 1975. L. Xu, J. Liu, Q. Wang, S. Liu, W. Xin, Y. Xu. Applied Catalysis A: General258

(2004) 47-53.

E L L I O T T , J . R i c h a r d . L I R A C a r l . I n t r o d u c t o r y C h e m i c a l E n g i n n er i n g Thermodinamics. Prentice Hall International Series.

Poling, Prausnitz, OConell. Propiedades de Gases y Lquidos.5 Edicin.


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Documents

Ejemplo Trabajo Produc Etilbenceno