Este documento presenta un proyecto para diseñar una planta de producción de acetona mediante el proceso de oxidación de cumeno en el Instituto Tecnológico de Oaxaca. Incluye la definición del proyecto, especificaciones de la planta, descripción del proceso de fabricación, balance de materia y energía, equipos, control e instrumentación, seguridad e higiene, impacto ambiental y evaluación económica. El objetivo es producir 1300 toneladas métricas de acetona por año operando 300 días y cumpliendo con la

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
OAXACA
OBTENCIÓN DE ACETONA VÍA CUMENO
Asignatura:
Seminario de ingeniería de proyectos
Autores:
 Martínez García Alfredo
 Martínez Ruíz Xicoténcatl Abel
 Pérez Salvador Argelia Kichú
 Ruiz Cuevas Verónica
 Sandoval Cruz Jorge Luis
Profesor:
Martínez Canseco Jorge Miguel
Grupo:
QA8
1

2. 4 de julio del 2011
CONTENIDO
Bases del proyecto
Especificaciones del proyecto
Definición del proyecto
Bases del proyecto
Alcance del proyecto
Localización de la planta
Abreviaturas
Descripción del proceso de fabricación
Introducción
Materias primas
Métodos de obtención de anilina
Especificación de los componentes del proyecto
Especificaciones de las materias primas
Especificación de los productos
Usos de la anilina
Descripción detallada de los procesos escogidos
Balance de materia
Balance de energía
Especificaciones y necesidades de los servicios
Energía eléctrica
Agua de red
Gas natural
Equipos
Lista de equipos
Descripción breve de los equipos principales
Descripción breve de otros equipos
Hoja de especificaciones
Control e instrumentación
Control e instrumentación
Introducción
Listados de lazos de control
Descripción, diagramas de los lazos del control y las hojas de
especificaciones
Válvulas de control
Tuberías, válvulas y accesorios
Designación de las tuberías
Cálculos
2

3. Normas de diseño
Nomenclatura
Aislamiento térmico
Hoja de especificaciones
Designación de válvulas
Clasificación de válvulas
Tipos de válvulas
Nomenclatura
Listado de válvulas
Designación de los equipos de impulsión
Bombas
Soplantes
Seguridad e higiene
Legislación
Clasificación de los equipos
Estudio básico de seguridad y salud
Objeto
Alcance
Identificación de la obra y datos generales
Identificación de riesgos en proceso constructivo
Medidas de protección a implantar
Técnicas generales de prevención
Equipos de protección individual (EPI’ s)
Características y requisitos
EPI’S en las distintas actividades industriales
Sistemas de protección colectiva
Equipos de protección colectiva en las distintas actividades industriales
Señalización
Legislación
Señales visuales
Señales luminosas
Señales acústicas
Vías de circulación
Señalización de conducciones
Actuación preventiva y primeros auxilios
Características a cumplir en cierto trabajos
Condiciones y requisitos a cumplir por la maquinaria
Condiciones preventivas que deben reunir el centro de trabajo
Medida de emergencia y evacuación
Botiquines
Asistencia a accidentados
3

4. Prevención de riesgos de daños terceros
Servicios de prevención
Coordinador de seguridad y salud
Libro de incidencias
Instalaciones medicas
Instalaciones de higiene y bienestar
Plan de seguridad y salud
Protección contra incendios, explosiones y fugas
Introducción
Normativa
Tipos de fuego
Instalaciones de detección, alarma y extinción.
Emplazamiento de los locales
Explosiones
Fugas
Almacenamiento y manipulación de productos inflamables
Normas de seguridad de la planta
Plan de emergencia
Medio ambiente
Introducción
Impacto ambiental
Protección de perímetros de las captaciones de abastecimientos
Perímetros de protección
Planes y programas en evaluaciones ambiental
Sistemas de gestión medioambiental
Legislación aplicable
Efluentes líquidos
Efluentes sólidos
Efluentes gaseosos
Contaminación acústica
Legislación aplicable
Fuentes de ruido
Medidas preventivas
Impacto visual
Evaluación económica
Valoración económica de la planta
Gastos previos
Capital inmovilizado
Capital circulante
Estimación de coste de producción
Gastos de fabricación
Gastos generales
Venta y rentabilidad de negocios
4

5. Estimación de los ingresos por ventas
Estudio de rendimiento económico
Viabilidad e la planta
Estimación del precio del mercado de los productos
Puesta en marcha y operación
Introducción
Puesta en marcha
Operación de la planta
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6. 1. Especificaciones del proyecto
1.1.-Definición del proyecto
1.1.1.-Objetivo del proyecto
El objetivo del presente proyecto es el diseño de una planta para la fabricación de
acetona mediante oxidación de cumeno. El proceso conocido como proceso
acetona vía cumeno, se llevará a cabo en diferentes etapa, usando como agente
oxidante oxígenoz que se obtendrá por medio de una corriente de aire. Además de
determinar que el proyecto sea viable técnica y económicamente, ha de cumplir
toda la normativa y legislación vigente.
En el proyecto se incluyen el diseño de todos los equipos de proceso, los
diagramas y planos Correspondientes
.
El diseño de la planta de producción de acetona se lleva a cabo en base a unas
determinadas especificaciones, las cuales se detallan a continuación:
 Capacidad de producción: 1300 Tm/año.
 Funcionamiento de la planta: 300 días/año.
 Presentación de producto final: Acetona líquida pura lista para llenar cisternas
a granel.
1.1.2.-Alcance del proyecto
El presente proyecto incluye los siguientes puntos:
 Diseño y especificaciones de los equipos involucrados en el proceso.
 Diseño de los diagramas de implantación, ingeniería,…
 Diseño y especificaciones del sistema de control de la planta.
 Diseño y especificaciones de tuberías.
 Estudio del sistema de seguridad e higiene a seguir en plantas químicas para
cumplir la normativa legal vigente.
6

7.  Estudio medioambiental de la planta a fin de que cumpla la normativa legal
vigente.
 Evaluación económica de la planta.
 Puesta en marcha.
Localización de la planta
La planta de producción de acetona estará localizada en el término municipal de
Etla, más concretamente en el parque industrial.
A la hora de diseñar la planta se ha de tener en cuenta que ésta debe cumplir
rigurosamente la normativa urbanística municipal, en lo referente a distancias a
viales y vecinos, altura de edificios, ocupación de la parcela y edificabilidad.
A continuación se demuestra un cuadro comparativo de las 2 opciones que se
tomaron en cuenta para la instalación de la planta.
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8. Primera Opción Segunda Opción
etla zimatlan
Factores Críticos Ponderación Evaluación Puntos Evaluación Puntos
Localización de Materias
Primas 2 3 6 2 4
Abastecimiento de Materiales 2 3 6 2 4
Disponibilidad de Mano de Obra 3 3 9 2 6
Terrenos disponibles 3 4 12 2 6
Combustible Industrial 3 3 9 3 9
Facilidades de Transporte 3 3 9 2 6
Localización del mercado 2 3 6 3 6
Facilidades de Distribución 3 3 9 2 6
Calidad de energía eléctrica 2 3 6 3 6
Disponibilidad de agua 2 3 6 2 4
Condiciones de vida 2 3 6 2 4
Leyes y reglamentos 4 3 12 2 8
Equilibrio ambiental 2 3 6 2 4
Clima 2 2 4 4 8
Estructura tributaria 4 3 12 2 8
Facilidades de instalación 4 2 8 2 8
Sindicatos y Conflictos 4 2 8 1 4
Capital Intelectual 4 3 12 3 12
▲ Para insertar
Suma 146 113
8

9. 9

10. 10

11. 11

12. 12

13. 13

14. Villa de etla
La superficie total del municipio es de 17.86 kilómetros cuadrados y la superficie
del municipio con relación al estado es del 0.02%.
Orografía
El municipio esta sentado en un valle, por tal motivo no cuenta con montañas, una
parte de la población esta sobre una peña o loma de pequeña elevación y la otra
en plano. El templo y las oficinas principales del distrito están sobre la peña o loma
que inclina hacia el suroeste.
Hidrografía
El río Asunción situado en la agencia de policía de Nativitas Etla, y el río Salinas
que atraviesa las agencias de Santo domingo Barrio Alto y Santo Domingo Bajo
Etla. .
INFRAESTRUCTURA SOCIAL Y DE COMUNICACIONES
Educación
A nivel preescolar cuenta con un jardín de niños, de nombre Ovidio Decroly, a
nivel primaria cuenta con dos escuelas primarias una que funciona con turnos
matutino y vespertino y otra solamente matutino. a nivel secundaria cuenta con
una escuela técnica no. 84, a nivel bachillerato, cuenta con un CECYTE 05 y con
el Centro de Estudios de Bachillerato.
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15. Abasto
Cuenta con el mercado municipal Porfirio Díaz, que se encuentra situado en el
centro de la población, y con tianguis que se instala todos los días miércoles de
cada semana además los habitantes acuden a la central de abastos de la Ciudad
de Oaxaca para abastecerse de los productos de primera necesidad. El municipio
cuenta con tiendas de abarrotes que expenden artículos de primera necesidad y
otros productos.
Deporte
El municipio cuenta con canchas deportivas, en donde se practica el fútbol,
básquetbol y béisbol.
Vivienda
De acuerdo a los resultados que presento el II Conteo de Población y Vivienda en
el 2005, en el municipio cuentan con un total de 1,691 viviendas de las cuales
1,583 son particulares.
Servicios Públicos
La cobertura de servicios públicos de acuerdo a apreciaciones del ayuntamiento
es de 61% en agua potable, 95% en alumbrado público y 49% drenaje urbano.
Medios de Comunicación
Los medios de comunicación más importantes en el municipio son las ondas de
radio y televisión, así como la línea telefónica, el correo y el telégrafo.
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16. Vías de Comunicación
El municipio cuenta con una carretera pavimentada que comunica con la carretera
federal hacia la ciudad de México y por otro lado hacia la ciudad de Oaxaca.
Nomenclatura
Nomenclatura de fluidos en la planta
Nomenclatura Fluido
ACE Acetona
FEN Fenol
CUM Cumeno
H2O Agua
N2 Nitrógeno
O2 oxigeno
CaCO3 Cabonato de calcio
H2SO4 Acido sufurico
CO2 Dióxido de carbono
DMPC Dimetil fenil carbonilo
HPC Hidroperoxido de Cumeno
AF Aceto fenona
AMS Alfa metil estireno
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17. Nomenclatura para equipos
CÓDIGO EQUIPO
T Tanque de almacenamiento
TO Tanque oxidador
S Separador solido-liquido
C Condensador
R Reactor
Cx Concentrador
TL Torre de lavado
B Bomba
C Compresor
ICN Intercambiador por convección
ICO Intercambiador carcasa y tubos
natural
CD Columna de destilación
TR Torre refrigeración
CA Caldera
1.2 DESCRIPCION DEL PROCESO DE FABRICACION
INTRODUCCIÓN
Aunque el proceso es orientado a la producción de fenol; la acetona será un
subproducto de la reacción del cumeno con aire atmosférico, donde existe una
reacción intermedia muy importante que es la del hidroperóxido de cumeno con
ácido sulfurito diluido.
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18. Si se observa en la literatura existen muchas vías para obtener acetona, como el
método del acetileno, el método del propileno, de Isopropil alcohol, de ácido
acético, por destilación de la madera, entre otros, pero es de notar que la vía y/o
ruta cumeno es la más económica para obtener acetona
El proceso de cumeno tiene muchos factores a su favor, ya que no se
desperdician productos costosos, como: el cloro, el hidróxido de sodio o el ácido
sulfúrico. Posee condiciones suaves y el costo del equipo es bajo.
Una desventaja que puede ser manejable, es la manipulación del hidroperóxido de
cumeno, ya que a ciertas condiciones de temperatura y concentración es
explosivo y puede ser inflamable.
MATERIAS PRIMAS.
A continuación se exponen los procesos más representativos para la obtención de
las materias primas básicas necesarias para la producción de resinas
formofenólicas, así como los tipos de catalizadores y endurecedores más usados.
La producción de acetona es de mucha importancia en la el mercado ya que se
ocupa como materia prima, para la producción de los siguientes derivados:
Cianohidrina acetona para Metil metacrilato (MMA) 42%
Bisfenol A 24%
Disolventes 17%
Derivados del Aldol (MIBK y MIBC) 13%
18

19. Varios 4%
La aplicación más importante de la acetona se encuentra en la fabricación de Metil
metacrilato (MMA), mercado que experimenta una demanda creciente (3% anual)
desde el 2002 por el incremento en los usos del Polimetilmetacrilato (PMMA), un
material antifragmentación alternativo al vidrio en la industria de la construcción.
La demanda de Bisfenol-A y de resinas de policarbonato se ha duplicado en la
década de los 1990, convirtiéndose en la segunda aplicación importante de la
acetona (7% incremento anual), demandada por la industria del automóvil y de
microelectrónica (fabricación de discos CD y DVD).
La demanda de acetona es un indicador del crecimiento económico de cada
región ya que depende directamente de la marcha de las industrias del automóvil,
construcción y microelectrónica. Así entre el 2000-2001 la demanda decreció un
9% mientras que en el 2002 apuntó una recuperación debido ala gran demanda
que presenta.
Las ventajas del proceso se observan en la tabla siguiente.
Caracteristicas de proceso Beneficios obtenidos
Tecnologia avanzada Mejora de la obtención de fenol y
acetona. Baja formación de
compuestos pesados
Optima red de intercambio de calor Reduce el consumo de energía
Tratamiento de agua integrado Bajo impacto ambiental. Reducido
coste de tratamiento
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20. Sistema de control avanzado Optimiza la mejora de la planta. Eleva
la eficiencia de los equipos y aumenta
la calidad de los productos
En al siguiente tabla, se exponen algunas de las especificaciones de los productos
obtenidos durante este proceso.
METODOS DE OBTENCION DE ACETONA
MÉTODO DEL CUMENO:
Proceso característico promovido para la fabricación de fenol como producto
principal, y acetona como subproducto. Éste fue desarrollado en la década de los
50`s y es uno de los procesos comerciales más importantes para la obtención de
este producto, tanto para Estados Unidos, Gran Bretaña, Europa Occidental como
a nivel mundial.
20

21. El cumeno es oxidado al hacer burbujear aire u Oxígeno hacia Hidroperóxido de
cumeno, y éste a su vez es descompuesto bajo condiciones ácidas y térmicas
hacia la producción de fenol y acetona.
La elección de este proceso es evidente, dado que se reporta como una síntesis
donde no se desperdician productos costosos, posee condiciones suaves y un
bajo costo de maquinaria y equipo, de acuerdo con la bibliografía estudiada.
Un método análogo, es el proceso de p – cresol a partir del p – cumeno,
aplicándose los principios mencionados anteriormente, aunque esta síntesis no es
muy utilizada a nivel mundial.
MÉTODO DEL ACETILENO:
Ésta síntesis consiste en pasar vapor de agua y acetileno sobre catalizadores
adecuados como limonita parcialmente reducida por el Hidrógeno, Óxido de Torio
o una sal doble de Torio con sales alcalinotérreas.
MÉTODO DEL PROPILENO:
Dentro del proceso de producción del glicerol, implementado por Shell se
encuentra la combinación de acroleína más alcohol isopropílico (IPA), para formar
acetona y alcohol alílico, a partir de:
21

22. La acroleína es obtenida bajo oxidación del propileno bajo catalizadores de Óxido
de Cobre a 300-400 ºC y el I.P.A es obtenido bajo hidrólisis con agua de sulfato
isopropílico, que a su vez se obtiene por absorción de ácido sulfúrico bajo
presiones críticas.
El glicerol se obtiene al hacer reaccionar alcohol alílico con peróxido de hidrógeno:
CH2 = CHCH 2OH +H202 —» CH2OHCHOHCH2OH
En este proceso nuevamente se obtiene cetona como subproducto.
MÉTODO DE ISOPROPIL ALCOHOL:
• DESHIDROGENACIÓN:
El otro proceso comercial es la deshidrogenación catalizada con óxido de Zinc
sobre piedra pómez u otro catalizador. Ocurre una reacción endotérmica según:
CH3CHOHCH3 + 65,5 ------------->CH3COCH3 +H2
• OXIDACIÓN:
Una modificación al proceso de deshidrogenación es una reacción de oxidación
catalizada que provee una reacción endotérmica según:
CH3CHOHCH3 + 1/202 —CAT-400-600ºc—>H20 +CH3COCH3
Donde el catalizador puede ser el mismo utilizado en la deshidrogenación. Es de
notar que actualmente el I.P.A. por su condición de alto costo, se está utilizando
22

23. en procesos que proveen mejores productos y se está aprovechando para otras
condiciones como biodiesels
MÉTODO DE ÁCIDO ACÉTICO:
Reacción descubierta por Squibb hacia 1986, utiliza una descomposición catalítica
del ácido acético libre, bajo catalizadores como carbón de madera, alúmina a 340
– 400ºC, óxidos de Torio y Urano, Cobre a 390 – 410ºC, óxidos y polvos de Zinc,
entre otros; que proveen una afinidad hacia la reacción principal y no la
secundaria.
2CH3CO2 H CH3COCH3 +CO2 +H2O
CH3CO2 H CO2 +CH4
MÉTODO DE FERMENTACIÓN:
Método biológico que consiste en la fermentación de sustancias que contengan
almidón con bacterias como aceto butílicus que, además, produce alcohol butílico,
la bacteria aceto aethylicus o bacteria maserans. Se tiene conocimiento que éste
método es utilizado a nivel industrial en Francia y en Norteamérica, pero es de
notar que debido al tiempo de residencia y/o fermentación de 57 días, a hecho que
esta industria sea relegada a otras especies tales como la fermentación alcohólica.
OTROS PROCESOS:
23

24. Actualmente, se reportan otros métodos que debido a su composición y forma de
tratamiento han pasado a un segundo plano.
La obtención de acetona a partir de acetato de Calcio es reportada hacia 1930,
esto implica una destilación seca sobre catalizador de Hierro, obteniéndose una
acetona bruta que luego tendrá que ser purificada según:
(CH3CO2 )2 Ca CaCO3 +CH3COCH3
Otro método implica la destilación madera que arroja un producto fraccionado de
alcohol y del cual se obtienen productos como alcohol metílico y acetona.
1.3 Especificaciones de los componentes del proyecto
Especificaciones de las materias primas
CUMENO
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25. Propiedades físicas y químicas
Peso molecular: 120.20 g/mol
Fórmula molecular: C9H12
Fórmula molecular (estructurada):
C6H5CH(CH3)2
Estado físico: líquido.
Color: incoloro.
Olor: aromático.
Valor pH: no disponible.
Viscosidad dinámica (20° C) 0.79 mPa*s
Punto de fusión: -96° C
Punto ebullición (1013 hPa): 153° C
25

26. Punto de ignición: 420° C
Punto de destello: 31° C cm3
Límites de explosión: Bajo 0.8 Vol%, Alto 6.0 Vol%
Presión de vapor (20° C): 5.3 hPa
Densidad (20° C): 0.86 g/cm3
Solubilidad en: agua (20° C) insoluble, disolventes orgánicos (20° C) soluble
Información complementaria:
Destilable sin descomposición a presión normal.
Identificación de peligros
· Inflamable: Irrita las vías respiratorias. Tóxico para los organismos acuáticos,
puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático.
· Nocivo: si se ingiere puede causar daño pulmonar.
Primeros auxilios
· Tras inhalación: aire fresco.
· Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua, manteniendo
abiertos los párpados.
· Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar ropa
contaminada.
· Tras ingestión: beber abundante agua. Evitar vómito.
26

27. · En caso de vómito espontáneo: peligro de aspiración. Posible fallo pulmonar.
Consultar al médico.
Medidas de lucha contra incendios
· Medios de extinción adecuados: CO2, espuma, polvo.
· Riesgos especiales: Combustible. Vapores más pesados que el aire. Posible
formación de mezclas explosivas con aire.
· Mantener alejado de fuentes de ignición.
· Equipo de protección especial para el personal de lucha contra incendios:
Permanencia en el área de riesgo sólo con ropa protectora adecuada y con
sistemas de respiración artificiales e independientes del ambiente.
Manipulación y almacenamiento. Estabilidad y reactividad
· Manipulación: Mantener alejado de fuentes de ignición. Evitar la carga
electroestática.
· Almacenamiento: Bien cerrado, en lugar bien ventilado, alejado de fuentes de
ignición y de calor. De +15° C a +25° C.
· Materias a evitar: oxidantes fuertes.
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28. Información toxicológica
Toxicidad aguda:
· DL50 (oral, rata): 1400 mg/kg
· DL50 (dermal, conejo): 12300 mg/kg
CATALIZADOR
Dentro del proceso de producción de acetona por el método de HOOK (Vía
cumeno) se pueden utilizar diferentes catalizadores ácidos en la sección de
tratamiento del hidroperóxido de cumeno para generar acetona y fenol por
descomposición del mismo. Para la escogencia del catalizador se debe de tener
en cuenta que el mecanismo muestra que la reacción es de carácter iónico y se
debe tener un compuesto que entregue en un medio (generalmente acuoso) iones
H+.
Compañías como BP Chemicals, Ltda, Hercules, Inc y UOP Cumox han utilizado
generalmente ácido sulfúrico en su proceso (5-25 % peso a T. 50-70° C) puesto
que es barato y presenta buenos resultados su utilización; otra clase de
catalizadores ácidos sólidos han sido reportados, la U.S Pat N° 4.490.565 que
implementa el uso de Beta Zeolita, U.S Pat N° 4.490.566 reporta el uso de
Contraint index 1-12 zeolite como ZSM-5, U.S Pat N° 6.169.215 usa catalizadores
sólidos formado por una modificación de óxidos de los metales del grupo IVB con
los oxianiones de los grupos VIB y con sulfatos óxidos de los metales de
transición, por último la U.S Pat. 6.441251 reporta el uso de M41S que
corresponde a un material sólido con alto número de ácidos sulfónicos y que
poseen una gran actividad ácida, el material del poro cristalino es un silicato o
aluminosilicato trabajando a condiciones de T. 20-150° C y P. 1000 psig por
contacto en una cama estacionaria o fluidizada.
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29. Al analizar lo anterior, se llega a la conclusión de que el ácido sulfúrico es el
catalizador más apropiado para el trabajo de descomposición del HCP, dado que
es más barato, más fácil de utilizar y asequible para este territorio, además, es la
materia prima más utilizada en las industrias, la cual ha presentado buenos
resultados; los catalizadores sólidos reportados implican gastos energéticos
puesto que la temperatura a la que ocurre la reacción es mucho mayor y la presión
que se exige es mayor con la que se contaría al trabajar con ácido sulfúrico.
ÁCIDO SULFÚRICO
Propiedades físicas y químicas
Peso molecular: 98.08 g/mol Fórmula molecular: H2SO4 Fórmula molecular
(estructurada):
H2SO4
Estado físico: líquido.
Color: incoloro.
Olor: inodoro.
Valor pH a 49 g/l H2O (25° C): 0.3
Viscosidad dinámica (20° C): 26.9 mPa*s
Punto de fusión: -15° C
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30. Punto de ebullición: 310° C
Punto de ignición: no disponible.
Punto de destello: no disponible.
Límites de explosión: Bajo no disponible, Alto no disponible.
Presión de vapor (20° C): 0.0001 hPa
Densidad de vapor relativa: 3.4
Densidad (20° C): 1.84 g/cm3
Solubilidad en: agua (20° C) soluble
(¡Atención! (Desprendimiento de
calor), etanol soluble
(¡Atención!)Desprendimiento de calor).
Descomposición térmica: 338° C
Primeros auxilios
· Tras inhalación: aire fresco. Avisar al médico.
· Tras contacto con la piel: Aclarar con abundante agua. Extraer la sustancia
por medio de algodón impregnado con polietilenglicol 400. Despojarse
inmediatamente de la ropa contaminada.
· Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua, manteniendo los
párpados abiertos (al menos durante 10 minutos). Avisar inmediatamente al
oftalmólogo.
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31. · Tras ingestión: beber abundante agua (hasta varios litros), evitar vómitos
(Riesgo de perforación). Avisar inmediatamente al médico. No efectuar medidas
de neutralización.
Medidas a tomar en caso de vertido accidental
· Medidas de precaución relativas a las personas: No inhalar los vapores /
aerosoles. Evitar el contacto con la sustancia.
· Medidas de protección del medio ambiente: No lanzar por el sumidero.
· Observaciones adicionales: Eliminación de la nocividad: neutralizar con sosa
cáustica diluida, cal, arena de cal o carbonato sódico.
Manipulación y almacenamiento. Estabilidad y reactividad
· Almacenamiento: Bien cerrado, seco. Temperatura de almacenamiento: sin
limitaciones.
· Condiciones a evitar: Calentamiento fuerte.
· Materias a evitar: Agua, metales alcalinos, compuestos alcalinos, amoníaco,
metales alcalinotérreos, soluciones de hidróxidos alcalinos, ácidos, compuestos
alcalinotérreos, metales, aleaciones metálicas, óxidos de fósforo, fósforo,
hidruros, halogenuros de halógeno, halogenatos, permanganatos, nitratos,
carburos, sustancias inflamables, disolventes orgánicos, acetiluros, nitrilos,
nitrocompuestos orgánicos, anilinas, peróxidos, picratos, nitruros, litio siliciuro.
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32. · Información complementaria: Higroscópico, corrosivo, incompatible con
metales, tejidos de plantas / animales.
Información toxicológica
Toxicidad aguda:
· DL50 (oral, rata): 2140 mg/kg (Con soluciones al 25%).
· CL50 (inhalativo, rata): 0.51 mg/l /2 h (referido a la sustancia pura).
Informaciones adicionales sobre toxicidad: Tras inhalación de aerosoles: lesión de
las mucosas afectadas.
· Tras contacto con la piel: graves quemaduras con formación de costras.
· Tras contacto con los ojos: quemaduras, lesiones de la córnea.
· Tras ingestión: fuertes dolores (¡peligro de perforación!), malestar, vómitos y
diarrea. Tras un periodo de latencia de algunas semanas, posibilidad de
estrechamiento de la salida del estómago (estenosis del píloro).
Información complementaria: El producto debe manejarse con las precauciones
apropiadas para los productos químicos.
Especificaciones de los productos
FENOL
Propiedades físicas y químicas Fórmula molecular
(estructurada): C6H5OH
Peso molecular: 94.11 g/mol
Estado físico: sólido.
Fórmula molecular: C6H6O
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33. Color: incoloro.
Punto de ignición: 595° C
Olor: característico.
Punto de destello: 81° C cm3, 85°
Valor pH a 50 g/l H2O (20° C): 5 C o.c.
Viscosidad dinámica (50° C): 3.437 Límites de explosión: Bajo 1.3
mPa*s Vol%, Alto 9.5 Vol%
Punto de fusión: 40.8° C Presión de vapor (20° C): 0.2 hPa
Punto de ebullición (1013 hPa): Densidad de vapor relativa: 3.24
181.8° C
Densidad (20° C): 1.06 g/cm3
Densidad de amontonamiento:
620
kg/m3
Solubilidad en: agua (20° C) 84 g/l,
etanol fácilmente soluble,
éter fácilmente soluble.
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34. Primeros auxilios
· Tras inhalación: aire fresco. Llamar al médico. Introducción de oxígeno.
· Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Extraer la sustancia
por medio de algodón impregnado con polietilenglicol 400. Despojarse
inmediatamente de la ropa contaminada.
· Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua manteniendo los
párpados abiertos (min. 10 minutos). Llamar enseguida al oftalmólogo.
· Tras ingestión: beber abundante agua; evitar vómitos (¡riesgo de perforación!).
Aplicación posterior: Carbón activo (20-40g de suspensión al 10%). Llamar
inmediatamente al médico.
Medidas de lucha contra incendios
· Medios de extinción adecuados: Agua, espuma.
· Riesgos especiales: Inflamable. Vapores más pesados que el aire. Con aire
se forman mezclas explosivas. En caso de incendio posible formación de gases
de combustión o vapores peligrosos.
Manipulación y almacenamiento. Estabilidad. y reactividad
· Manipulación: Proteger de la luz.
· Almacenamiento: Bien cerrado. Seco. Protegido de la luz. En lugar bien
ventilado. De +15° C a +25° C. Sólo accesible a expertos.
· Condiciones a evitar: Calentamiento.
· Materias a evitar: aluminio, aldehídos, halógenos, nitritos, nitratos, peróxido de
hidrógeno / agua oxigenada / compuestos férricos, halogenatos, peróxidos.
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35. Información toxicológica
Toxicidad aguda:
· DLLo (oral, hombre): 140 mg/kg;
· DL50 (oral, rata): 317 mg/kg;
· DL50 (dermal, rata): 669 mg/kg,
· CL50 (inhalativo, rata): 316 mg/m3.
HIDROPERÓXIDO DE CUMENO
1. Propiedades físicas y químicas
Estado físico: líquido.
Color: incoloro a amarillento.
Olor: aromático, débilmente. Penetrante
Viscosidad dinámica (20° C) 12 mPa*s
Punto de fusión < -25° C Descomposición térmica > 80°
Punto de ebullición (20 hPa) 116° C
Punto de destello 57° C
Densidad (20° C) 1.03 g/cm3
Solubilidad en agua (23° C) 8 g/l
metanol (20° C) soluble acetona (20° C) soluble
35

36. Identificación de peligros
Puede provocar incendios. Nocivo en contacto con la piel y por ingestión. Tóxico
por inhalación. Provoca quemaduras. Nocivo: riesgo de efectos graves para la
salud en caso de exposición prolongada por inhalación e ingestión.
Primeros auxilios
Tras inhalación: aire fresco. Avisar al médico.
· Tras contacto con la piel: Aclarar con abundante agua. Extraer la sustancia
por medio de algodón impregnado con polietilenglicol 400. Despojarse
inmediatamente de la ropa contaminada.
· Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua, manteniendo los
párpados abiertos (al menos durante 10 minutos).
Medidas de lucha contra incendios
Medios de extinción adecuados: Agua, CO2, espuma,
polvo. Riesgos especiales: Favorece un incendio. Alejar
de sustancias combustibles.
Manipulación y almacenamiento. Estabilidad y reactividad
· Manipulación:
Indicaciones para una manipulación segura:
Evítese la generación de vapores / aerosoles. Trabajar bajo vitrina extractora. No
inhalar la sustancia.
36

37. Observaciones sobre la protección de incendios y explosiones:
Mantener alejado de fuentes de ignición. Evitar la carga electroestática.
· Materias a evitar sustancias inflamables, fuerte soluciones de hidróxidos
alcalinos, ácidos.
. Información toxicológica
· Toxicidad aguda DL50 (oral, rata): 382 mg/kg
· Toxicidad subaguda a crónica.
· Tras inhalación: Irritación de las mucosas, tos y dificultad para respirar.
Tras contacto con la piel: quemaduras. Riesgo de absorción por la piel
ALFA-METILESTIRENO
Propiedades físicas y químicas
Peso molecular: 118.18 g/mol
Fórmula molecular: C9H10
Estado físico: líquido.
Color: incoloro.
Olor: desagradable.
Valor pH a 500 g/l H2O 5-6
37

38. Punto de fusión: -23 ° C
Punto de ebullición: 165 ° C
Punto de ignición: 420 ° C
Punto de destello: 47 ° C
Límites de explosión: Bajo 0.9 Vol%, Alto
6.6 Vol%
Presión de vapor (20 ° C): 2.9 hPa (30 °
C) 5.3 hPa (50 ° C) 15 hPa
Densidad (20 ° C) 0.91 g/cm3
Solubilidad en: agua (20 ° C)
insoluble, etanol (20 ° C) soluble.
Primeros auxilios
· Tras inhalación: aire fresco.
· Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar ropa
contaminada. Tras contacto con los ojos: aclarar con abundante agua,
manteniendo abiertos los párpados. Llamar al oftalmólogo.
· Tras ingestión: Aplicación posterior: Carbón activo (20-40g de suspensión al
10%). No provocar el vómito. Llamar al médico.
Medidas de lucha contra incendios
38

39. · Medios de extinción adecuados: Agua, CO2, espuma, polvo.
· Riesgos especiales: Inflamable, vapores más pesados que el aire. Con aire
se forman mezclas explosivas. En caso de incendio posible formación de gases
de combustión o vapores peligrosos.
Manipulación y almacenamiento. Estabilidad y reactividad
· Manipulación: Observaciones sobre la protección de incendios y explosiones:
Mantener alejado de fuentes de ignición. Evitar la carga electroestática.
· Almacenamiento: Bien cerrado, en lugar bien ventilado, alejado de fuentes de
ignición y de calor. De +15° C a +25° C.
· Materias a evitar: iniciadores de polimerización.
· Información complementaria: Mantener alejado de fuentes de ignición.
39

40. Propiedades físicas y químicas
Peso molecular: 58.08 g/mol
Fórmula molecular: C3H6O Punto de destello: < -20° C cm3
Fórmula molecular (estructurada): Límites de explosión:
CH3COCH3 Bajo 2.6 Vol% Alto 13 Vol%
Estado físico: líquido Presión de vapor (20° C): 233 hPa
Color: incoloro Densidad de vapor relativa: 2.01
Densidad (20° C): 0.79 g/cm3
Olor: afrutado
Solubilidad en: agua (20° C) soluble,
Viscosidad dinámica (20° C):
etanol soluble, éter soluble
0.32 mPa*s Punto de fusión: - Constante dieléctrica (25° C): 20.7
95.4° C Punto ebullición (1013 hPa):
56.2° C Punto de ignición: 540° C
Manipulación y almacenamiento
Manipulación: Evitar la carga electrostática. Mantener alejado de fuentes de
ignición. Trabajar bajo vitrina extractora. No inhalar la sustancia.
Evítese la generación de vapores / aerosoles.
Almacenamiento: Bien cerrado, en lugar bien ventilado, alejado de fuentes de
ignición y de calor. De +15° C a +25° C.
Identificación de peligros
40

41. Fácilmente inflamable. Irrita los ojos. La exposición repetida puede provocar
sequedad o formación de grietas en la piel. La inhalación de vapores puede
provocar somnolencia y vértigo.
Primeros auxilios
· Tras inhalación: aire fresco. En caso necesario, respiración asistida o
por
medios instrumentales.
Mantener libres las vías respiratorias.
· Tras contacto con la piel: aclarar con abundante agua. Eliminar
ropa
contaminada.
· Tras contacto con los ojos: Aclarar con abundante agua manteniendo
abiertos
los párpados (al menos durante 10 minutos). Llamar al oftalmólogo.
· Tras ingestión: hacer beber inmediatamente abundante agua.
.2.6. Estabilidad y reactividad
Materias a evitar: Hidróxidos alcalinos, halógenos, hidrocarburos halogenados /
hidróxidos alcalinos, halogenuros de halógeno, oxidante (entre otros CrO3,
peróxidos, ácido nítrico, ácido nitrante), halogenóxidos, metales alcalinos,
nitrosilos, metales, etanolamina.
Información complementaria: Sensible a la luz; sensible al aire; disolvente;
materiales inadecuados: plásticos diversos, goma; en estado gaseoso / vapor
existe riesgo de explosión con el aire.
Información toxicológica
41

42. Toxicidad aguda:
· DL50 (oral, rata): 5800 mg/kg;
· CL50 (inhalativo, rata): 76 mg/l /4 h;
· DL50 (dermal, conejo): 20000 mg/kg.
Informaciones adicionales sobre toxicidad: Tras inhalación de vapores:
irritación de las mucosas, sueño, aturdido. A dosis elevadas: cefaleas, flujo
salival, náuseas, vómito, vértigo, narcosis. No puede excluirse: coma.
· Tras contacto con la piel: leves irritaciones. Acción desengrasante con
formación de piel resquebrajada y agrietada.
· Tras contacto con los ojos: irritaciones. Riesgo de turbidez en la córnea.
· Tras ingestión: trastornos gastrointestinales, cefaleas, flujo salival, náuseas,
vómito, vértigo, narcosis, coma.
1.4 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO
Como se ha mencionado la acetona es un producto que puede obtenerse
fácilmente por medio de determinados procesos en los cuales están incluidos
diferentes compuestos: pero es la vía de cumeno la que mejor se adapta a las
42

43. necesidades de montaje de un proceso; el método de HOOK como es conocido
ha sido implementado en casi todo el mundo en la producción de fenol,
resultando la acetona como un subproducto rentable que podría a llegar a dejar
muchas ganancias, a continuación se pretende ilustrar el trabajo de la planta
con lo cual se recurrirá a toda la información bibliográfica que se tenga a la
disposición, se intentará ser muy prudentes con la información para no incurrir
en ninguna contradicción con lo que se trabaje industrialmente.
OXIDACIÓN
Se realizará en una columna de burbujeo a la cual entrará aire atmosférico por
la parte inferior, con el propósito de hacerlo burbujear en el cumeno y provocar
la oxidación del mismo, ello provee una reacción exotérmica que envuelve 356
Btu de calor por cada libra de hidroperóxido de cumeno formado. Se pueden
utilizar entre 3 a 4 oxidadores en serie ya que la conversión de cumeno a
hidroperóxido es baja, siendo la conversión del cumeno a hidroperóxido de
cumeno de 25 a 40 % (se escogerá una conversión de 35%), además, la
reacción debe ser catalizada utilizando un emulsificante (promotor) para
mejorar la conversión a los valores mencionados, para ello se utiliza una
solución acuosa de carbonato de sodio o hidróxido de sodio utilizando
relaciones de fase acuosa a orgánica de 2 a 5 (se utilizó una relación de 2 con
carbonato de sodio).
El mecanismo de reacción predominante es la reacción de radicales libres. Los
pasos para formar el hidroperóxido y demás compuestos es:
1. Se inicia la descomposición de algunos hidroperóxidos de cumeno (ROOH)
para dar RO* y radicales OH*, los que reaccionan con el cumeno para
formar radicales R*.
2. Se propagan los radicales R*, el cual forma rápidamente ROO* en la
43

44. presencia de Oxígeno, además, interactúa con el cumeno para formar el
hidroperóxido y generar el radical R*.
3. Se termina cuando los radicales se recombinan; los principales productos
formados en la oxidación además del HCP son productos que se originan a
partir del radical RO*, siendo así la formación de dimetil fenil carbinol
(DMPC) a partir del cumeno, además, se origina acetofenona por
descomposición Homolítica quedando un radical metilo que reacciona con
Oxígeno para obtenerse otros productos como metanol, formaldehído, ácido
fórmico y dióxido de carbono.
Algunas condiciones son consideradas en la bibliografía, se reporta un tiempo
de residencia de 3 a 6 horas, una presión ligeramente superior a la
atmosférica.
LAVADO Y CONCENTRACIÓN
Al quedar la mezcla de reacción después del oxigenador con cierta cantidad
CaCO3 se hace imprescindible realizar un lavado o en el más apropiado caso
una separación por decantación en la que se logre desagregar la solución
orgánica de la mezcla acuosa, pasando la S.O a un concentrador para llevar el
HPC hasta una concentración de 65 a 90 wt% (se escogerá una concentración
de 90 wt%) en una torre de destilación a vacío en la que se elimina gran
cantidad de cumeno, normalmente, la destilación es llevada en más de una
etapa, es de observar que concentraciones mayores de 92 wt% de HCP
conducen una inestabilidad en el proceso que lo vuelve explosivo, y por lo
mismo peligroso para cualquier trabajo con éste.
DESCOMPOSICIÓN DEL HIDROPERÓXIDO
44

45. El hidroperóxido de cumeno se descompone por completo, para dar
inicialmente cantidades equimoleculares de fenol y acetona, se producen,
además, pequeñas cantidades de a - metilestireno al deshidratarse el DMPC.
Los pasos incluyen:
· REACTOR:
Los productos de la mezcla de la oxidación del cumeno se añaden en un
reactor CSTR o BATCH (recipiente agitado) comercialmente en el que se
produce una descomposición de HCP al añadir un catalizador (líquido o sólido);
generalmente el ácido sulfúrico se utiliza en concentraciones entre 5 – 15 wt%
(se escogió uno de 10wt%) suministrándolo por un acidificador de rejilla hacia
la zona de reacción, que está entre 50 y 90º C (termodinámicamente escogido
en 50º C) por un tiempo suficiente de 30 a 120 minutos hasta bajar la
concentración de HPC entre 0,2 y 3 wt% (escogida una de 2 wt%).
La reacción de descomposición de HPC en fenol y acetona es altamente
exotérmica, por lo cual la temperatura es mantenida por medio de circulación a
través de un sistema de refrigeración; si al diseñar el reactor se escoge un
sistema de enfriamiento alterno, se debe incluir el tiempo gastado en la
refrigeración, lo cual es función del diseño del sistema de intercambio de calor
y de la naturaleza del fluido de enfriamiento; un límite mínimo que se
acostumbra utilizar es de aproximadamente 5 minutos, si el fluido usado es
agua. Lo anterior implicaría introducir un menor tiempo de residencia al
emplear el sistema de refrigeración.
45

46. · CONVERTIDOR:
La mezcla de reacción del paso anterior es acondicionada a una temperatura
entre 110 y 130º C bajo condiciones de flujo tapón (reactor PFR) por un tiempo
suficiente para descomponer todo el HCP residual y convertir el DMPC en
AMS, dado que, con estas condiciones es más favorable su condición.
TORRE DE LAVADO
Después del convertidor, se hace necesario remover el ácido residual y sales
inorgánicas que pueden encontrarse con lo cual se neutralizan los productos de
la descomposición con fenóxido de sodio u otra solución alcalina como NaOH,
algún álcali o resina de intercambio, además, se puede adicionar agua a
contracorriente dentro de la torre empacada.
ZONA DE DESTILACIÓN
La separación de los compuestos después de la reacción se lleva a cabo en
columnas de destilación, siendo la acetona el primer compuesto en volatilizarse
46

47. al tener un punto de ebullición de 56,1º C, luego el cumeno y a - metilestirenos y
por último el fenol con punto de ebullición de 454,9 K.
• Torre N° 1:
En esta torre la acetona cruda que sale en la cima contiene agua y otros
componentes, que son usualmente tratados con álcali en un lavado posterior y
luego puede ser purificado por destilación para venta.
La columna de acetona es operada a una temperatura de cima entre 30 y 60º C,
los fondos son preferiblemente establecidos a una temperatura entre 40 y 110º
C particularmente deseables entre 50 y 80º C. La temperatura de la corriente
tomada de un punto cualquiera de la altura de torre de destilación de donde se
obtiene la acetona pura, es preferible entre 30 y 60º C. Las etapas teóricas de
la columna son 10 y 120. La zona de condensación (platos de cima)
perteneciente a la columna de destilación tiene una separación potencial entre
el 80 y el 99% preferiblemente entre el 90 y el 95%. La alimentación a la
columna de destilación se produce en la sección donde haya una separación
potencial entre el 0 y el 30%
TORRE N° 2:
Se destilan los productos provenientes de la primera torre, principalmente AMS
y Cumeno, que posteriormente pueden ser recirculados a la corriente del
cumeno al pasar por un hidrogenador en presencia de Níquel entre “Raney” con
un tiempo de residencia entre 15 y 30 minutos en el que se convierte el AMS en
cumeno; si no se hace una recirculación el AMS y el cumeno pueden ser
separados mediante destilación azeotrópica con agua.
La cima de la columna de cumeno es preferiblemente operada de una manera
suficiente a una temperatura de 40 a 170º C. La temperatura de fondos es
preferiblemente entre 110 y 180º C. La temperatura de la corriente tomada
desde un punto cualquiera de la altura de torre de destilación de donde se
47

48. obtiene el cumeno y/o AMS puros, es preferible entre 110 a 180º C. Las etapas
teóricas de la columna de cumeno están entre 10 y 90. El plato de alimentación
óptimo de la fase orgánica de la columna anterior se realiza en la región de la
columna de cumeno que posee una separación potencial entre 10 y 80%. El
punto de derivación en el que el cumeno y/o AMS es derivado se sitúa en la
región de la columna que posee una separación potencial entre el 0 y el 50%.
• TORRE N° 3:
Se separa el fenol crudo proveniente de la segunda columna, fenol que puede
ser purificado por destilación extractiva con agua o por tratamiento con una
resina de intercambio iónico ácida y subsecuente destilación.
La columna de fenol crudo es preferiblemente operada en la parte superior de
la columna a una temperatura entre 120 y 200º C, particularmente entre 130 y
180º C. La temperatura de fondos está entre 120 y 220º C. . La temperatura de
la corriente tomada desde un punto cualquiera de la altura de torre de destilación
de donde se obtiene el fenol puro, es preferible entre 120 a 190º C,
particularmente entre 140 y 190º C. Las etapas teóricas de la columna están
entre 10 y 70. La alimentación se realiza al lado de la columna que presente
una separación potencial entre el 0 y el 80%. La parte donde se deriva el fenol
es tomado en el lado donde presente una separación entre el 30 y el 90%.
1.5. BALANCES DE ENERGIA
48

49. Las propiedades de los compuestos fueron sacadas del “Lange’s Handbook
Chemistry”. Tabla 6-1 de Jhon A. Dean, excepto las del hidroperóxido de
cumeno
que fueron sacadas de la pagina web Nist.
49

50. Como la reacción se efectúa en fase líquida, tenemos que calcular la energía
libre
de Gibbs de la siguiente manera: El problema que se presenta, es que no se
tiene la energía libre de Gibbs líquida del hidroperóxido de cumeno, pues se
necesita para calcular la energía de reacción libre de Gibbs estándar; entonces,
se procede a calcularla como se muestra a continuación:
 Cálculo de la energía Libre de Gibbs líquida:
Como no se tiene la energía libre de Gibbs líquida del hidroperóxido de
cumeno,
se debe calcular hallando en primera instancia, la entropía normal de
evaporización y luego corregirla con la temperatura de ebullición del
hidroperóxido
de cumeno. Teniendo esta última, se calcula la energía libre de Gibbs de
evaporización, para luego calcular lo deseado.
Primero se determina la entropía normal de evaporización con la ecuación de
Kistiakwsky del libro “The properties of gases and liquids” de Reid. Pág.230.
Ahora, se determina el Cp líquido por métodos de grupos de contribución a
diferentes temperaturas, y así hallar una correlación. Método de Missenard.
Pág.139 del Reid.
50

51. 51

52. Con la correlación del Cp líquido del hidroperóxido de cumeno, se puede
calcular
la entropía de evaporización estándar del hidroperóxido de cumeno.
Las constantes del fenol y la acetona fueron sacadas del libro de Reklaitis.
Calculando la entropía de evaporización estándar:
52

53. Ahora, se calcula la energía libre de Gibbs gaseosa por el método de
contribución de Joback. Pág.155 del Reid.
Después de haber hecho todos los cálculos pertinentes, se procede por último
al
calcular la energía libre de Gibbs líquida del hidroperóxido de cumeno.
53

54. Con los calores de reacción de todos los compuestos reaccionantes líquidos,
se
halla el calor de reacción estándar.
Hallando el calor de reacción estándar, se procede a corregir el calor de
reacción
a diferentes temperaturas por medio de la ecuación siguiente.
Este calor de reacción a diferentes temperaturas, se realizó a través del
software
matlab, donde se graficó con respecto a la temperatura (ver en anexos).
Gráfica Nº 2. Comportamiento del calor de reacción con respecto a la
Temperatura
54

55. La gráfica anterior indica que la reacción del hidroperóxido de cumeno es
exotérmica y que a medida que aumenta la temperatura, tiende a volverse
endotérmica, pero llega un momento (450K) donde y tiende a subir su
exotermicidad con el aumento de la temperatura. Como esta reacción es
exotérmica se recomienda trabajar con un reactor que facilite el control de la
temperatura.
Como ya se determinó la energía libre de Gibbs líquida del hidroperóxido de
cumeno, se dispone a calcular la energía libre de Gibbs estándar de la
reacción.
55

56. Con la constante estándar y el calor de reacción a las diferentes temperaturas,
se
calculan las constantes de equilibrio a esas temperaturas, de la siguiente
manera.
Hallando las constantes de equilibrio a las diferentes temperaturas, se puede
determinar la energía libre de Gibbs a diferentes temperaturas, con su
respectiva
constante de equilibrio.
56

57. A continuación se indican las gráficas de la constante de equilibrio y la energía
libre de Gibbs con respecto a la temperatura.
Gráfica Nº 3. Comportamiento de la constante de equilibrio con respecto a la
temperatura.
La gráfica Nº 3 indica que a menor temperatura, mayor es la constante de
equilibrio; y entre más grande sea la constante de equilibrio mayor será la
cantidad
de productos que se tendrán.
Gráfica Nº 4. Comportamiento de la energía libre de Gibbs respecto a la
temperatura.
57

58. Al observar la Gráfica Nº 4. La energía libre de Gibbs nos indica, si la reacción
puede ser posible. En caso del hidroperóxido de cumeno, es posible la reacción
por debajo de una temperatura de 84ºC.
constitución de la planta.
Criterios a seguir en la construcción de la planta
Se han tenido en cuenta distintos criterios para realizar la implantación de la
planta:
· Situar un único acceso a la planta, para poder llevar un mejor control de todas
las
entradas y salidas.
· Situar las distintas áreas de forma secuencial, de forma lógica de acuerdo con
el
orden del proceso productivo.
· Poner calles alrededor de cada área para facilitar su acceso.
· No dejar ninguna calle sin salida.
58

59. · Situar la báscula cerca de la garita de la entrada, para que ningún camión
descargue reactivo o se vaya con producto sin haber hecho la tara.
·Tener en cuenta la seguridad de los empleados con zonas de paso en el
interior de los edificios. Colocar arcenes y pasos de peatones en las calles del
interior de la planta.
Se han considerado los siguientes parámetros para construir los edificios, las
calles y parkings de la planta:
· Vía de sentido único: 5 metros de ancho.
· Vía de doble sentido: 10 metres de ancho.
· Diámetro superior/inferior para el giro de los camiones: 12m/6m.
· Puerta de acceso a la planta: 10 metros de ancho.
· Puertas de acceso a los edificios: 2 metros de ancho.
· Arcenes: 1,5 metros de ancho.
· Plaza de parking para coches: 2 x 4,5m2.
· Plaza de parking para camiones: 4 x 15m2.
1.5.1 Descripción de las zonas de la planta
La planta de producción de acetona está constituida por las siguientes áreas:
Área 100-Tanques de almacenamiento de reactivos: En esta área se
encuentran los tanques de almacenamiento de colocados en el interior de un
cubeto de retención con el fin de evitar posibles fugas.
59

60. Área 200-Área de reacción: En esta zona se produce la reacción de oxidación
del cumeno. El cumeno de alimentación y el de reciclo se introducen en el
reactor de oxidación, fluyendo hacia abajo a través de las diferentes secciones
del reactor. El aire que se introduce por la parte inferior burbujea en la fase
líquida. En cada una de las secciones se introduce una parte de la disolución
acuosa de sosa. El calor de reacción se elimina mediante agua de refrigeración
en serpentines colocados en las diferentes secciones.
El gas que sale por la cabeza del reactor se enfría retornando el condensado al
reactor, y se descarga a la atmósfera. El líquido que sale del reactor
(conteniendo 20 – 25 % de hidroperóxido) se concentra primero en un
evaporador de película descendente y posteriormente en unos concentradores
de doble tubo hasta el 80 – 90 % de hidroperóxido. El cumeno recuperado se
recicla al reactor de oxidación.
Área 300-Área de tanques: En esta área se encuentran dos tanques pulmón
también colocados en paralelo. Estos tanques sirven de separación entre las
áreas de reacción y purificación, permitiendo en caso de parada parcial de la
planta seguir trabajando sin parar el proceso durante un cierto tiempo. Los
tanques pulmón permiten almacenar el agua residual proveniente de la torre de
destilación con el fin de garantizar el suministro de esta al proceso en caso de
una avería-
Área 400-Área de purificación: En esta área se encuentran tres torres de
destilación)con el fin de purificar el corriente de salida del
reactor para obtener acetona.
60

61. Área 500-Área de almacenamiento de acetona: En esta zona se encuentran
tanques para almacenar el acetona puro que sale por cabezas de la columna
de destilación .
Área 600-Área de almacenamiento de subproductos: En esta zona hay dos
tanques para almacenar subproductos uno para agua de procesos y otros y
otro para fenol.
Área 700-Área de tratamiento de aguas residuales: Esta zona consiste en una
balsa aireada por la que pasa el agua residual de la planta antes de enviarse a
la
depuradora.
Área 800-Área de tratamiento de gases: Se quieren minimizar las emisiones de
COV’s y H2SO4 a la atmosfera. Las corrientes gaseosas de salida de los
oxidadores se envían a tratar en un reactor de oxidación catalítica, seguido de
dos torres de adsorción y una antorcha.
Área 900-Servicios: en esta planta se encuentran todos los servicio de la
planta, como por ejemplo, las torres de refrigeración, los chillers, calderas, etc.
Área 900-Servicios: Área 1000-Oficinas:
En esta zona se encuentra el edificio de oficinas. En este hay los despachos de
directivos y trabajadores, sala de reuniones, sala de descanso, etc. También se
61

62. encuentra aquí el laboratorio para realizar el control de calidad
Área 1100-Parking: en esta zona se encuentran los aparcamientos de
empleados y de camiones.
Plantilla de trabajadores
La planta de producción de acetona trabajará en continuo 300 días al año, lo
que supone un total de 7200 horas. La parada prevista para la planta se dividirá
en dos etapas, la primera de 35 días estará dedicada al mantenimiento, y la
segunda de 30 días para vacaciones del personal. La primera etapa está
prevista del 26 de junio al 1 de agosto, y la segunda del 1 al 31 de agosto.
La planta dispondrá de los siguientes grupos de trabajadores:
 Directivos y técnicos: serán los responsables de la gestión de la empresa y
velarán por el buen funcionamiento de la planta desde la dirección, sala de
control.
Se requerirá de 5 personas en este grupo.
 Especialistas: estarán divididos en diferentes campos como la ingeniería
industrial, la ingeniería química, la ingeniería mecánica, la ingeniería
electrónica,…
Se necesitará un total de 10 personas, para así poder ser distribuidos en los
diferentes horarios y cubrir las necesidades de personal.
62

63.  Auxiliares administrativos: serán los encargados/as de llevar a cabo la
contabilidad, marketing, entrada y salida de materias primeras y atención a los
clientes. Habrán 6 personas para realizar estas tareas.
 Operarios y obreros: estarán a pie de planta para realizar cualquier
modificación o mantenimiento de cualquier equipo. Este grupo constará de 50
personas.
 Otros: personal de seguridad y limpieza. Se requerirá de un total de 10
personas para seguridad que estarán ubicados a la entrada de la planta para
controlar, sobretodo, la entrada y salida de camiones. Para la limpieza de
oficinas serán suficientes dos personas.
En total se tendrá una plantilla de 85 trabajadores. A continuación, se detalla la
distribución de cada uno de los grupos.
Teniendo en cuenta que los trabajadores tienen jornadas laborales de como
máximo 8 horas y que pueden trabajar 5 días a la semana, se distribuirá la
plantilla de manera que no trabajen más de 40 horas semanales para ahorrar
en gastos de personal.
Los directivos, técnicos y administrativos trabajarán en horario fijo de lunes a
viernes de 9 a 17h con una hora para comer. Se ha de tener en cuenta que
cada semana uno de los ingenieros responsables tendrá que estar de guardia
por si surge cualquier incidente en la planta, fuera del horario de su jornada
63

64. laboral. Habrán dos personas encargadas del control de calidad de materias
primeras y reactivos que trabajará en dos turnos, de 6 a 14h y de 14 a 22h.
Los trabajadores de planta, operarios y obreros, estarán distribuidos en cinco
turnos rotativos y se precisará de 10 personas en cada turno:
-Primer turno: de lunes a viernes de 6-14h.
-Segundo turno: de lunes a viernes de 14 a 22h.
-Tercer turno: de lunes a viernes 22 a 6h.
-Cuarto turno: fines de semana, sábado y domingo, jornadas de 12 horas en
horario de 6 a 18h.
-Quinto turno: fines de semana, sábado y domingo, jornadas de 12 horas en
horario de 18h hasta las 6h.
El personal de seguridad cumplirá la misma distribución y los turnos se
realizarán en grupos de dos personas.
1.6 ESPECIFICACIONES DE SERVICIOS DE PLANTA
ABASTECIMIENTO DE AGUA
64

65. Deberá disponerse de suficiente abastecimiento de agua, a presión adecuada y
de temperatura conveniente, así como de instalaciones apropiadas para su
almacenamiento y distribución. Se deberá dotar de los implementos necesarios
que garanticen que ésta no será contaminada.
El vapor utilizado en superficies que estén en contacto directo con los
productos, no deberá contener ninguna sustancia que pueda ser peligrosa para
la salud o contaminar al producto.
El agua no potable que se utilice para la producción de vapor, refrigeración,
lucha contra incendios y otros propósitos similares no relacionados con los
productos, deberá transportarse por tuberías completamente separadas
identificadas por colores, sin que haya ninguna conexión transversal ni sifonado
de retroceso con las tuberías que conducen el agua potable.
Se deberán realizar cada seis meses, las siguientes determinaciones en el
agua de abastecimiento:
- Contenido de Cloro
- Dureza de agua (Contenido de calcio)
- Análisis microbiológicos: (Mesófilos aerobios, Coliformes totales)
DEBIDO A LA IMPORTANCIA QUE REPRESENTA EL ABASTECIMIENTO DE
AGUA POTABLE
Deberá disponerse de suficiente abastecimiento de agua, a presión adecuada y
de temperatura conveniente, así como de instalaciones apropiadas para su
almacenamiento y distribución. Se deberá dotar de los implementos necesarios
que garanticen que ésta no será contaminada.
65

66. El vapor utilizado en superficies que estén en contacto directo con los
productos, no deberá contener ninguna sustancia que pueda ser peligrosa para
la salud o contaminar al producto.
El agua no potable que se utilice para la producción de vapor, refrigeración,
lucha contra incendios y otros propósitos similares no relacionados con los
productos, deberá transportarse por tuberías completamente separadas
identificadas por colores, sin que haya ninguna conexión transversal ni sifonado
de retroceso con las tuberías que conducen el agua potable.
Se deberán realizar cada seis meses, las siguientes determinaciones en el
agua de abastecimiento:
- Contenido de Cloro
- Dureza de agua (Contenido de calcio)
- Análisis microbiológicos: (Mesófilos aerobios, Coliformes totales)
DRENAJE
En las áreas donde se utilice agua, se recomienda instalar una coladera por
cada 37 m2 de superficie.
Se pide un drenaje para el piso en el cual los puntos más altos deben estar a
no más de 3 m de un drenaje maestro colector, la pendiente máxima del
drenaje con respecto a la superficie del piso debe ser superior a 5%.
66

67. En los establecimientos que así lo requieran, se instalarán trampas de grasa,
las tuberías de desagüe de los inodoros deben descargar directamente al
sistema de drenaje. Se cuidará que las tuberías de hierro o acero galvanizado
sean de un diámetro interior de por lo menos 10 cm. (4 pulgadas).
Los drenajes deben ser distribuidos adecuadamente y estar provistos de
trampas contra olores y rejillas para evitar entrada de plagas provenientes del
drenaje. Tanto los pisos, así como los drenajes deben tener la inclinación
adecuada para permitir un flujo rápido y eficiente de los líquidos desechados.
Las cañerías de drenaje deben ser de terminación lisa para evitar la
acumulación de residuos y formación de malos olores.
Los establecimientos deben disponer de un sistema eficaz de evacuación de
efluentes y aguas residuales, el cual debe mantenerse en todo momento en
buen estado. Todos los conductos de evacuación (incluidos el sistema de
alcantarillado) deben ser lo suficientemente grandes para soportar cargas
máximas y se construirán separados 3 m como mínimo de las instalaciones de
abastecimiento de agua potable, a manera de evitar contaminación de la
misma.
ILUMINACION
Todo el establecimiento debe tener una iluminación natural o artificial
adecuada. Cuando así proceda, la iluminación no debe alterar los colores, y la
intensidad no debe ser menor de:
540 lux en todos los puntos de inspección
300 lux en las salas de trabajo.
67

68. 50 lux en otras áreas.
Los focos y lámparas que estén suspendidas sobre las materias en cualquiera
de las fases de producción deben ser de tipo inocuo y estar protegidas para
evitar la contaminación de los productos en caso de rotura.
El método de iluminación está determinado principalmente por la naturaleza del
trabajo, la forma del espacio que se ilumina, el tipo de estructura del techo, la
ubicación de las lámparas y el color de las paredes.
4.4 VENTILACION
Deberá proveerse una ventilación adecuada para proporcionar el oxígeno
suficiente, evitar el calor excesivo, la condensación de vapor, el polvo, y para
eliminar el aire contaminado. La dirección de la corriente de aire no deberá ir
nunca de una área sucia a una área limpia. Deberá haber aberturas de
ventilación provistas de una pantalla, o de otra protección de material
anticorrosivo. Las pantallas deben poder retirarse fácilmente para su limpieza.
LOS FACTORES DE LOS QUE DEPENDE UN SISTEMA
GENERAL DE VENTILACION SON:
Número de personas que ocupan el área, oficina o planta.
Condiciones interiores del ambiente físico del local,
(temperatura, luz, humedad).
Tipo de productos que se elaboran.
Condiciones ambientales exteriores.
68

69. Tipo de actividad realizada (proceso) en las áreas que requieren
ser ventiladas y grado de contaminación de las mismas.
Una ventilación natural se puede lograr mediante, ventanas, puertas,
tragaluces, ductos conectados a rejillas y aberturas especialmente
diseñadas para tal fin.
En caso de contar con equipo de ventilación o de extracción de aire, no
deberán ser fuentes de contaminación al proceso por arrastre de partículas en
el aire.
La contaminación de los productos a partir del medio ambiente puede ser
importante tanto por razones sanitarias como económicas.
Algunos organismos patógenos, especialmente los causantes de infecciones
respiratorias, pueden llegar por medio del aire a los empleados que manipulan
el producto en las empresas, y a los mismos productos.
El aire carece de una flora microbiana propia, ya que todos sus gérmenes se
encuentran allí accidentalmente y, en general, se hallan sobre partículas
sólidas en suspensión o en pequeñas gotas de agua. Los microorganismos
llegan al aire por medio del polvo, tierra seca, salpicaduras de las corrientes de
agua, lagos o mares, gotitas expulsadas al toser, estornudar o hablar, hongos
esporulados que crecen en paredes, techos, suelos, productos e ingredientes.
De aquí que el medio ambiente que rodea una instalación deba ser cuidado y
controlado adecuadamente.
Según las necesidades se recomienda instalar aparatos de extracción y
ventilación para remover efectivamente el aire, olores de la planta y para
proporcionar ambiente adecuado de trabajo. Periódicamente, se recomienda de
acuerdo con la naturaleza de las actividades de los establecimientos, realizar
análisis microbiológicos con placas expuestas al medio ambiente.
69

70. RECIPIENTES PARA LA BASURA
Los establecimientos que se dediquen al proceso de productos contarán con
una área exclusiva para el depósito temporal de desechos.
Los recipientes de basura en la planta deben estar convenientemente
ubicados, deben mantenerse de preferencia tapados e identificados. Es
necesario especificar, naturaleza y estado físico de los desechos, métodos de
recolección y transporte, frecuencia de recolección y otras características
mínimas de la basura como: aristas cortantes, toxicidad, flamabilidad y otras.
El área central de colección de basura debe tener construcción sanitaria que
facilite la limpieza evitando acumulación de residuos y malos olores. Esta área
debe estar delimitada y fuera de las áreas de producción. Se recomienda tomar
en cuenta los vientos dominantes para evitar que éstos acarreen malos olores
dentro del establecimiento.
La basura debe ser removida de la planta, por lo menos, diariamente. Y se
recomienda separar los desechos orgánicos de los inorgánicos.
DUCTOS
Las tuberías, conductos, rieles, vigas, cables, etc., no deben estar libres
encima de tanques y áreas de trabajo donde el proceso esté expuesto, ya que
éstos constituyen riesgos de condensación y acumulación de polvo que
contaminan los productos. Y en donde existan deben tener libre acceso para su
limpieza.
De acuerdo con la Norma Oficial Mexicana expedida por la Secretaría del
Trabajo y Previsión Social. 1993. NOM-027-STPS-1993, señales y avisos de
seguridad e higiene. México, D.F
70

71. Se recomienda observar el siguiente, código de colores para pintar las tuberías:
- EQUIPOS
2.1.- LISTA DE EQUIPOS
Localización
ACETON Listado de equipos Planta
fecha
Producción de
acetona
A
ETAPA DEL N° DESCRIPCIÓN PARÁMETRO VALOR MAT. OBSERVACIÓN
PROCESO CARACTERÍSTICO CONSTRUCCIÓN
Oxidación 4 Columna de Conversión de 35% Pueden usarse
burbujeo cumeno de 3 a 4
Lavado y 1 Decantador Concentración 65-90
concentración Wt%
71

72. 1 Intercambiador de Temperatura 298-303 K
calor
1 Torre de Concentración 92 Wt% Se trabajara a
destilación vacio
Descomposición 1 Reactor BATCH Temperatura 50 °C
del hidroperóxido
tiempo 120 min
1 REACTOR PFR Temperatura 130 110-130°c
°C
Torre de lavado 1 Torre de lavado pH base
Zona de destilación 3 Columna de temperatura 30-40°C
destilación
2.2 DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES
COLUMNA DE BURBUJEO:
Columna de burbujeo, que comprende un recipiente con forma de columna con
zona de lodos, zona central y zona de cabeza, uno o varios fondos perforados
dispuestos horizontalmente en la zona central, cuya superficie abierta es del 3
a 20 %, con dispositivos para la aportación y la evacuación de una fase líquida
así como de una fase de gas para el funcionamiento de la columna de burbujeo
en contracorriente, caracterizada porque los fondos perforados poseen sobre la
sección transversal de la columna una distribución esencialmente uniforme de
los orificios, porque la superficie de la sección transversal de los diferentes
orificios es de 0, 003 a 3 mm2 y porque las zonas que se hallan por encima y
por debajo de un fondo comunican entre sí a través de al menos una bajante
(“downcomer”) para el paso de líquido, al mismo tiempo, que la bajante se
construye como tubo circular dispuesto en el fondo o como tolva con forma de
72

73. segmento o como un tubo exterior, que comunica dos zonas adyacentes, de tal
modo, que en el estado de funcionamiento no sea recorrido por el gas.
DECANTADOR:
Decantadores estáticos. Caracterizados por que la recogida de los
flóculos se hace por simple sedimentación. Los decantadores estáticos pueden
ser intermitentes en los el agua el llena un depósito en el que permanece varias
horas, posteriormente se vacía la capa superior de agua hasta un nivel por
encima de los fangos depositados. Este procedimiento puede ser interesante
para instalaciones provisionales o pequeñas instalaciones, pero escasamente
útil para explotaciones industriales de la decantación.
Más utilizados son los de flujo continuo en los cuales el agua entra de
forma continua en el decantador, este procedimiento resulta el más rentable en
una explotación permanente, pero requiere un control del caudal, ya que sus
variaciones provocan la formación de remolinos que a su vez, propician la
ascensión de los flóculos a la superficie.
Para que se depositen los fangos, es preciso que la velocidad
ascensional sea inferior a la velocidad de caída de las partículas.
INTERCAMBIADOR DE CALOR
Tipos de intercambiadores de calor según su construcción
Si bien los intercambiadores de calor se presentan en una inimaginable
variedad de formas y tamaños, la construcción de los intercambiadores está
incluida en alguna de las dos siguientes categorías: carcaza y tubo o plato.
Como en cualquier dispositivo mecánico, cada uno de estos presenta ventajas
o desventajas en su aplicación.
Carcasa y tubo
Este tipo de intercambiador consiste en un conjunto de tubos en un contenedor
llamado carcaza. El flujo de fluido dentro de los tubos se le denomina
comúnmente flujo interno y aquel que fluye en el interior del contenedor como
fluido de carcaza o fluido externo.
73

74. En los extremos de los tubos, el fluido interno es separado del fluido externo de
la carcaza por la(s) placa(s) del tubo. Los tubos se sujetan o se sueldan a una
placa para proporcionan un sello adecuado. En sistemas donde los dos fluidos
presentan una gran diferencia entre sus presiones, el líquido con mayor presión
se hace circular típicamente a través de los tubos y el líquido con una presión
más baja se circula del lado de la cáscara. Esto es debido a los costos en
materiales, los tubos del intercambiador de calor se pueden fabricar para
soportar presiones más altas que la cáscara del cambiador con un costo mucho
más bajo.
Funcionamiento de los intercambiadores de calor
Como hemos visto hasta ahora, la función general de un intercambiador de
calor es transferir calor de un fluido a otro.
Los componentes básicos de los intercambiadores se pueden ver como un tubo
por donde un flujo de fluido está pasando mientras que otro fluido fluye
alrededor de dicho tuvo. Existen por tanto tres intercambios de calor que
necesitan ser descritos:
1.- Transferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo
2.- Transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo
3.- Transferencia de calor convectiva desde la pared externa del tubo hacia el
fluido exterior.
Para desarrollar la metodología para el análisis y diseño de un intercambiador
de calor, atendemos primero el problema de la transferencia de calor del fluido
interno en el tubo hacia el fluido externo en la carcaza.
Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de
calor se encuentran las siguientes:
• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.
74

75. • Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor
temperatura.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor
temperatura.
• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.
• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido
gaseoso con mayor temperatura.
TORRE DE DESTILACIÓN:
Una columna de destilación simple es una unidad compuesta de un conjunto de
etapas de equilibrio con un solo alimento y dos productos, denominados
destilado y fondo. Incluye, por lo tanto, una etapa de equilibrio con alimentación
que separa dos secciones de etapas de equilibrio, denominadas rectificación y
agotamiento.
Se requiere de un dispositivo, como un rehervidor, donde se transfiera calor al
líquido que emerge de la etapa de equilibrio correspondiente al fondo de la
columna para vaporizarlo parcialmente, de tal manera que la fracción
vaporizada se recircula al fondo de la columna y se mantenga en un flujo
ascendente a través de la columna. La fracción no vaporizada se remueve
como producto de fondo.
El vapor que emerge de la etapa superior de la sección de rectificación es
condensado, y el líquido resultante se divide en dos fracciones. Una fracción se
remueve como el producto de tope o destilado. La otra fracción líquida,
denominada reflujo, se recircula al tope de la columna y se mantiene en un flujo
descendente a través de ella, estableciendo el contacto requerido con la fase
vapor ascendente para la transferencia de masa deseada en cada una de las
etapas de equilibrio líquido - vapor.
En la gran mayoría de columnas de destilación, el rehervidor es parcial pero el
condensador puede ser total o parcial. Un condensador es total cuando todo el
vapor del tope de la columna es completamente condensado, en el caso
contrario se conoce como un condensador parcial. Si toda la fracción
75

76. condensada se recircula a la columna se dice que la columna opera a reflujo
tota.
REACTOR BATCH:
El reactor tipo batch es un reactor donde no existe flujo de entrada y de salida,
es smplemente un reactor con un agitador que homogeniza la mezcla
Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reacción, sino mas bien,
al inicio del proceso se introducen los materiales, se lleva a las condiciones de
presión y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempo
preestablecido, luego se descargan los productos de la reacción y los
reactantes no convertidos.
Las ventajas del reactor mienten con su flexibilidad. un solo recipiente puede
realizar una secuencia de diversas operaciones sin necesidad de romper la
contención.
REACTOR PFR:
Un reactor PFR es básicamente un tubo donde se realiza una reacción con
cambios axiales en la concentración, la presión y la temperatura. Los reactores
PFR, a menudo, se construyen de muchos tubos de pequeños diámetros y de
grandes longitudes y se emplean con fluidos a grandes velocidades y
pequeños tiempos espaciales. Esto minimiza el mezclado axial del fluido, limita
los perfiles radiales de temperatura y provee el área de transferencia de calor
necesaria. Los tubos se arreglan en un banco como en los intercambiadores
de calor. Si no se desea intercambio calórico en la zona de reacción, puede
utilizarse uno o una serie de lechos empacados de diámetros más grandes.
76

77. En un PFR, uno o más reactivos líquidos se bombean a través de una tubería o
tubo. En este tipo de reactor, el cambio de velocidad de reacción crea un
gradiente con respecto a la distancia recorrida, en la entrada de la PFR la tasa
es muy alta, pero como las concentraciones de reactivos y la disminución de la
concentración del producto (s) aumenta la velocidad de reacción disminuye.
Algunos aspectos importantes de la PFR:
Todos los cálculos realizados con PFR no asumen ninguna anterior o
posterior a la mezcla, como lo implica el término "flujo de pistón".
Los reactivos pueden ser introducidos en la PFR en los lugares en el
reactor que no sea el de entrada. De esta manera, una mayor eficiencia
se puede obtener, o el tamaño y el costo de la PFR pueden ser
reducidos.
A PFR normalmente tiene una mayor eficiencia de un reactor de mezcla
del mismo volumen.
TORRE DE LAVADO:
Después del convertidor, se hace necesario remover el acido residual y
sales inorgánicas que puede encontrarse con lo cual se neutralizan los
productos de la descomposición con fenoxido de sodio u otra solución
alcalina como NaOH, algún álcali o resina de intercambio, además se puede
adicionar agua a contra corriente dentro de la torre.
77

78. 2.3 DESCRIPCION BREVE DE OTROS EQUIPOS
BOMBAS
Las bombas de proceso tienen la finalidad de impulsar los corrientes líquidos a
través del proceso. Por las necesidades de operación y versatilidad,
prácticamente todas las bombas son cinéticas. En el diseño de las mismas,
hemos sobredimensionado las cargas hidráulicas que debe vencer la bomba,
para la hipótesis de futuras ampliaciones.
Además con un cambio de rodete, podríamos aumentar el caudal un 20%
prácticamente.
VÁLVULAS
Las válvulas son elementos que permiten, impiden o regulan la circulación de
un fluido por una tubería. Según esta definición, las válvulas se pueden
clasificar en dos grupos:
Válvulas todo/nada: este tipo de válvula únicamente permite o impide el
paso del fluido por el interior de la tubería y por lo tanto no regulan el
caudal. Estas válvulas tapan completamente la sección de la cuando están
cerrada, pero cuando están abiertas ofrecen la mínima resistencia al paso
del fluido y como consecuencia las pérdidas de carga son mínimas. En la
industria química las más comunes son las válvulas de bola y mariposa.
Válvulas de regulación: este tipo de válvulas aumenta o disminuye el grado
de apertura, proporcionando una regulación del caudal que debe circular. La
corriente del obturados debe ser suficientemente lenta como para permitir
diferentes caudales, siendo las pérdidas de carga mayores en este tipo de
78

79. válvulas que en la tipo todo/nada. Este tipo de válvulas son las que se
utilizan en los sistemas de control de las plantas químicas.
2.4 HOJA DE ESPECIFICACIONES
COLUMNA DE DESTILACION
Presión a destilación 1 atmosfera, tiene una velocidad de vapor de 3 pies/ seg,
la separación entre platos es de 2 pies, la altura de la torre es de 7 metros y
posee 12 etapas.
79

80. DECANTADOR
La existencia de un separador es evidente y su diseño puede partir de la
expresión general de una esfera que se mueve a través de un fluido continuo
bajo la fuerza de gravedad.
Para fines de diseño en una separación agua – liquido orgánico, el tamaño y la
forma real de la partícula dependerá de la intensidad de la mezcla y de las
propiedades del sistema en cuestión, pero para diseño, Dp = 0. 004 in, c = 17,
densidad = 62, densidad = 50, de las definiciones anteriores se obtiene:
Donde D es el diámetro de del depósito en pies, Q caudal del fluido de proceso,
(ambas fases), pie3/ seg, y razón L/D = 4.
REACTOR
80

81. Los costos de compra del agitador de propulsor y de turbina incluyen
motor reductor de velocidad y el impulsor listo para instalarse en el recipiente.
CBM, = Cp. a FBM, el FBM , es el factor para acero inoxidable según la
potencia del agitador.
CBM (costo del equipo de agitación)= $ 12, 500 (precio a 1971), corregido
a 2003, da $ 49971.92
TORRE DE LAVADO
81

82. INTERCAMBIADOR DE CALOR
Se supone adiabático.
2.5 CALCULO DE COSTOS DE EQUIPOS PRINCIPALES.
INTERCAMBIADOR DE CALOR.
82

83. DATOS:
Presión: 300 psi
Tipo de diseño: tipo kettle
Material de la coraza y tubo: acero al carbón/ acero inoxidable
Área de trasferencia de calor: 25 ft2
Costo del intercambiador = $ = [costo base (Fd +Fp)*Fm]
Calculo del costo base: $12000
Fd: 1.35
Fp: 0.10
Fm: 1.54
El costo ajustado es:
C= 350 (1.35+0.10)1.54
C= 782
EL FACTOR DE MODULO DESNUDO ES: 3.39
El costo de una unidad en base a cero al carbón, presiones moderadas
cabezal flotante y en 1968 es:
C= 350 *3.39= 1, 187
C= 1, 187 +(782 -350)=1, 619
PARA 1968:113.7
PARA EL 2011: 570.3
C= 1, 619*442/113.7
C = $ 8,121
Añadiendo el 15% de contingencias se obtiene el costo deseado
Costo: $ 9,892.14
COLUMNA DE DESTILACION
Columna de destilación (12 platos).
Propiedades: - L= 23 pies
- D= 4.5 pies
- P= 1 atm.
- Acero al carbón
- Vertical
- 24 plg. de espaciamiento entre platos (platos de válvula)
- h= (12+1)(2)= 26 pies
83

84. Estimando el costo de la columna (figura 3.6 del libro Diseño de Procesos de
Ingeniería Química, autor: Arturo Jiménez Gutiérrez)
Cb= $9,000
Los factores de ajuste para este caso son:
Fm= 1 (Acero al carbón)
Fp= 1 (Hasta 50 psi)
El costo ajustado de la columna es:
Cfob= [Cb*Fm*Fp]= [$9,000*1*1]= $9,000
Estimando el costo base de los platos (figura 3.7)
Cb= $1,000
Los factores de ajuste para este caso son:
Fs= 1.0 (Espaciamiento de 24 plg.)
Ft= 0.4 (Tipo de plato)
Fm= 0 (Acero al carbón)
El costo ajustado de los platos es:
Cfob= [Cb(Fs+Ft+Fm)]= [$1,000(1.0+0.4+0)]= $1,400
Ahora para recipientes verticales, el factor del módulo desnudo es (tabla 3.2)
Factor de modulo= 4.34
El costo del módulo desnudo en 1968 es:
Cmd= $9,000x4.34= $39,060
El costo del módulo desnudo ajustado es:
Cmda= Cmd+ (Cfob – Cb) = $39,060+($9,000 - $9,000) = $39,060
Cmda+Costo de platos= $39,060 + $1,400 = $40,460
Este valor representa el costo de la unidad de deseada en 1968, año base de
la información usada. Para estimar el costo de la unidad en el año 2011,
usamos los índices de costos de Chemical Engineering (tabla 2.1)
Para 1968: 113.7
Para 2011: 570.3
84

85. Por lo tanto:
Cmda= $40,460(570.3/113.7) = $202,941
Añadiendo el 15% de contingencias se obtiene el costo deseado
Costo= $518,830.59 + (15%) = $ 233,382
REACTOR.
Los costos de compra del agitador de propulsor y de turbina incluyen
motor reductor de velocidad y el impulsor listo para instalarse en el recipiente.
CBM, = Cp. a FBM, el FBM , es el factor para acero inoxidable según la
potencia del agitador.
CBM (costo del equipo de agitación)= $ 12, 500 (precio a 1971), corregido
a 2003, da $ 49971.92.
CORREGIDO A 2011
Factor de ajuste para 2011: 570.3
85

86. $ 49971.92.*570.3/394.1= $ 72,314.00
3.- CONTROL E INSTRUMENTACIÓN
3.1 INTRODUCCIÓN.
El diseño de un sistema de control para una planta química no es un problema
puramente matemático o de teoría de control, sino que es un problema de
ingeniería que toca aspectos teóricos y prácticos de muy diversa índole.
En primer lugar se ha de tener un buen conocimiento de los fenómenos
químicos y físicos involucrados en los procesos para poder entender y evaluar
las relaciones entre las variables de salida a controlar y las variables de
entrada manipulables; es decir entender cómo debe operarse en una planta.
En segundo lugar, se debe poseer un amplio conocimiento de teoría de control
para dominar tanto las técnicas de análisis dinámico para caracterizar el
86

87. comportamiento dinámico del proceso, como las técnicas de control para
establecer la configuración del sistema y la sintonización de controladores.
Por último para abordar el diseño de un sistema de control se requiere también
un conocimiento suficiente de la amplísima instrumentación disponible hoy en
día en el mercado.
Intentaremos definir nuestro sistema de control, que instrumentos utilizaremos
para controlar el proceso y que todo se lleve a cabo correctamente, las
estrategias de control que utilizaremos, así como los diferentes lazos de control
que tendremos en nuestra planta.
3.1 CONTROL DIGITAL
Antes de pensar en la implementación física del sistema de control, hay que
considerar el tipo de control que se quiera llevar a cabo (si es analógico o si es
digital) ya que de ello depende la estructura del sistema de control.
El control que se lleva a cabo a en nuestra planta es digital por computador. En
la actualidad, en cualquier sistema que posea cierto grado de complejidad, no
se plantea el diseño de un sistema de control que no sea de este tipo.
La razón son las múltiples ventajas, respecto a la utilización de controladores
analógicos, en cuanto a:
- herramientas de cálculo
- recopilación de información
- integración de funcionalidades como regulación de variables, seguimiento de
variables, recopilación y centralización de datos, etc.
87

88. El control por computador también presenta algunos inconvenientes, como la
excesiva dependencia del control en pocas unidades de decisión. Sin embargo,
el desarrollo de estos sistemas ya ha encontrado maneras de mitigar estos
inconvenientes, como la descentralización en un solo equipo de las funciones
de control (utilizando un buen sistema de comunicación entre computadores), y
la redundancia en las unidades de control con más responsabilidad.
Otro inconveniente, aunque sin ser tan crítico, es la utilización de funciones
discretas en vez de continuas; esto se soluciona llevando a cabo una elección
adecuada del tiempo de muestro de señal.
Con relación a los algoritmos de control para los distintos lazos, este tipo de
control digital presenta importantes utilidades respecto a la utilización de
controladores analógicos.
Algunas de estas utilidades son la capacidad de cálculo y capacidad de lógica
sobre las variables de entrada así como las de salida, capacidad de
reestructurar en línea lazos de control (control adaptativo), posibilidad de
adaptarse automáticamente a cambios en el proceso, un mayor número de
algoritmos de control, etc.
Ver cuál es el algoritmo más adecuado para cada lazo de control requeriría un
estudio más a fondo de la dinámica de sistemas en las diferentes partes de la
planta: orden del sistema, variables, perturbaciones y su magnitud, grados de
libertad, dinámica de los elementos del sistema de control (tanto elementos
primarios como elementos finales), etc.
Sin embargo, llevar a cabo este diseño de los algoritmos de control ocuparía
mucho tiempo y por ello no se contempla en este proyecto, y nos centraremos
en la elección de los lazos de control y la instrumentación requerida y no tanto
en su diseño.
88

89. 3.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL
Esta planta estará provista de dos estaciones de control, una principal situada
en el mismo edificio que los laboratorios y otra situada en el área de
purificación. Esto es debido a que la situación de las dos estaciones es muy
cercana a todas las áreas y se puede establecer una buena comunicación sin
tener que cablear largas distancias.
En las estaciones de control es donde residirán los operadores que tendrán
que vigilar en todo momento el funcionamiento de la planta y del sistema de
control.
89

90. En las salas de control los operarios deben poder modificar manualmente el
control del proceso.
Las principales
ventajas de una estructura
de control distribuida son las siguientes:
- cada unidad funcional es más sencilla
- las unidades de control pueden ser también más sencillas
- si falla una unidad de control no se paraliza necesariamente toda la planta
Sin embargo, también presenta algunos inconvenientes, que habrá que
considerar a la hora de diseñar la estructura de control:
- las unidades de control deben soportar las comunicaciones
- para no sobrecargar el sistema es necesario identificar procesos autónomos
90