1INTRODUCCION Uno de los grupos funcionales más interesantes de analizar es el de los alcoholes, los cuales son utilizados generalmente como solventes. Su producción en forma industrial es uno de los grandes desafíos que tiene las industrias en el mundo. Los dos alcoholes industriales más importantes son el metanol y el etanol. El metanol comúnmente se prepara por hidrogenación catalítica del monóxido de carbono y algún día pudiera reemplazar a la gasolina y al gas natural como combustible, debido a que puede obtenerse del carbón. El etanol se obtiene de la fermentación del almidón y por hidratación del eteno. Se clasifica a estos compuestos polares en base al número de grupos hidroxilo y por la naturaleza de los radicales unidos a estos grupos. El metanol es el principal componente del destilado en seco de la madera. Es uno de los disolventes más universales y encuentra aplicación, tanto en el campo industrial como en diversos productos de uso doméstico. Dentro de los productos que lo pueden contener se encuentra el denominado “alcohol de quemar” constituido por alcoholes metílico y etílico, solvente en barnices, tintura de zapatos, limpiavidrios, líquido anticongelante, solvente para lacas etc. Además, los combustibles sólidos envasados también contienen metanol. Los procesos industriales más ampliamente usados, usando cualquiera de las tres alimentaciones (gas natural, mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los desarrollados por las firmas Lurgi Corp. e Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI). En los últimos años se ha dado una considerable atención a la identificación de procesos que permitan la conversión directa de gas natural a compuestos de mas fácil transporte siendo uno de esos productos el metanol. 2 JUSTIFICACION En nuestro país las reservas bolivianas de gas alcanzan los 52,3 trillones de pies cúbicos (TCF), las más altas de región, e inclusive las reservas de petróleo crecieron en 4,2 % al 1 de enero de 2002 llegan a 929,26 millones de barriles. La ausencia de planificación en el país y la ineficiente gestión de los gobiernos ha dado lugar a la ausencia de políticas de industrialización de nuestros recursos naturales, llevándonos a actuar como un país explotador de materia prima, la cual es industrializada por los países de primer mundo, llevándonos a ganancias mínimas en comparación con la de ellos. El metanol (CH30H) es un líquido petroquímico que tiene presencia cotidiana en nuestros hogares, vehículos y otros (refrigerantes, productos decorativos, lavandinas, pesticidas, asientos de vehículos y un sin fin de otras utilidades). Desde botellas plásticas reciclables hasta productos farmacéuticos, desde poliéster hasta pinturas. Se utiliza como materia prima en producción de químicos como ácido acético y formaldehído, adhesivos, goma, espumas y líquido limpia parabrisas, como también, en aditivo MTBE (éter metil terc- butílico) componente de gasolina de combustión limpia. Además, se está utilizando cada vez más en purificación de aguas servidas. Si bien este proyecto llegaría a beneficiar de manera económica a nuestro país y a la región, generaría también empleos y fuentes de ingreso para la población, debido a que la puesta en marcha de la planta demandaría de gente que se dedique al control y supervisión de todos y cada uno de los procesos involucrados, así como de obreros, profesionales y técnicos expertos en el tema para el diseño e implementación de la planta. Pero probablemente uno de los beneficios más significativos del proyecto sería el desarrollo tecnológico, ya que Bolivia no cuenta con una planta petroquímica dedicada a la obtención de metanol, lo que vendría a representar un desafío muy importante para el gobierno, y para sus profesionales y técnicos quienes tendrían que poner todo su empeño y dedicación en lograr que planta petroquímica deje de ser un sueño para Bolivia y se convierta en una realidad. 3 RESUMEN EJECUTIVO Se tiene previsto la implementación de una planta de producción de metanol con el 99,85% de pureza, a partir de la oxidación parcial del metano con la ayuda del pentóxido de vanadio que actúa como catalizador cuyo mecanismo es a través de radicales. El proceso de producción vendría a cubrir de manera eficiente un cierto porcentaje de la demanda nacional, pudiendo asegurar de que el precio del metanol y sus derivados se abaratarán, y que abastezcan con prioridad la demanda de productos en el mercado nacional y la exportación de los excedentes , Con este proyecto, se consolida el inicio del desarrollo industrial a través de la concepción de complejos petroquímicos, particularmente en este Proyecto para desarrollar la cadena petroquímica del metanol en Bolivia. La implementación de la planta será en el departamento de Cochabamba, en los predios de la Refinería Gualberto Villarroel, donde previamente se instalará una planta de proceso de separación del gas natural, en gas natural seco (metano y etano), la cual nos proveerá de la materia prima para el presente proyecto. 4 ANTECEDENTES DEL PROYECTO 4. Producto de solubilidad n/d Momento dipolar 1.2 Estado de agregación Líquido Densidad 791.8 K (65 °C) Presión crítica 81±1 atm Viscosidad 0.7918 g/cm3 Masa molar 32.5 pKa Solubilidad en agua totalmente miscible.69 D Propiedades físicas 4. APLICACIONES DEL METANOL .04 g/mol Punto de fusión 176 K (-97 °C) Punto de ebullición 337.1 PROPIEDADES DEL METANOL Propiedades químicas Acidez ~ 15.8 kg/m3. 0.59 mPa·s a 20 °C. dimetil tereftalato y como solvente o anticongelante en pinturas en aerosol. anhídrido acético y ésteres acéticos que se usan para la fabricación de celulosa acética y pinturas. Las principales aplicaciones en este campo son la síntesis de MTBE. Existe un potencial utilización en fuel cells como fuente de hidrógeno (en desarrollo). metacrilato de metilo. el 33% de la producción mundial se destina a la producción de formaldehído. Ácido acético Representa el 7% del consumo mundial de Metanol.El Metanol tiene una gran variedad de aplicaciones industriales. También se usa en la producción de formaldehído. y compuestos para limpiar parabrisas de automóviles. pinturas de pared. cloro metanos. Es producido a partir del Metanol y monóxido de carbono. materia prima para resinas. Se utiliza principalmente para la producción de vinilacetato. mejoradores octánicos para naftas y combustibles ecológicos a base de metanol (DM85). El 26% del consumo mundial de Metanol se destina a éter metil tert-butílico (MTBE). . las aplicaciones principales son las resinas de urea-formaldehído y fenol-formaldehído que se utilizan especialmente en la industria maderera. A continuación se detallan algunos usos como químico intermedio. que es un aditivo para gasolina. ácido acético. Su uso más frecuente es como materia prima para la producción de metil t-butil éter (MTBE). Combustibles Es el segundo uso en importancia detrás del formaldehído. limpiadores para carburadores. metilaminas. En este campo. en orden de importancia: Formaldehído Es el producto de mayor consumo de Metanol del mundo. el cual da como resultado una sección de recuperación sencilla. Metil Metacrilato Representa el 3% del consumo mundial de Metanol. MTO – Methanol to Olefines Las compañías UOP e HYDRO de Noruega han utilizado al metanol en estos últimos años. comparada con el steam cracking.75 MTP – Methanol to Propylene Hasta la fecha Lurgi es la única empresa que ha desarrollado la producción de propileno a partir de metanol. Este proceso tiene en si ventajas tales como: Valor excepcional para la conversión directa del metanol a polímeros de alto grado de etileno y propileno. Es producido a partir de Metanol. Flexibilidad de cambiar la razón etileno / propileno de 1. Producción limitada de coproductos. El uso directo del etileno y propileno en la industria debido a su gran pureza (98%). a través de su proceso MTO (Methanol to Olefins – Metanol a Olefinas). debido a la baja producción de parafinas. Se utiliza principalmente para la producción de resinas acrílicas y latex acrílicos para la industria automotriz y de la construcción. Adicionalmente en los últimos años se ha utilizado el metanol para la producción de Olefinas y propileno. el cual no requiere separadores de etano / etileno o butano / butileno. como materia prima para la producción de olefinas tales como el etileno y el propileno.5 a 0. Los principales derivados del propileno son: . desde 1997. metacrilamida sulfónica y bisulfato de amonio. el cual tiene una tasa de crecimiento anual de 5 a 6 %. Hasta un 60% del consumo de propileno en todo el mundo es necesario para producir polipropileno. Una fácil integración si existe un craqueador de nafta. todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno. y carbón vegetal que queda como residuo en las retortas. 2-3% de metanol y un 0. Actualmente.3 PRODUCCION DE METANOL Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera. cumeno y acido acrílico. Mezcla de Hidrocarburos Líquidos + Agua CO + CO2 + H2 Carbón + Agua CO + CO2 + H2 . Actualmente el proceso más ampliamente usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua. C2H4. un destilado acuoso que se conoce como ácido piroleñoso y que contiene un 7-9% de ácido acético.polipropileno. acrilonitrilo. oxa-alcoholes. en presencia de agua. Los distintos procesos productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho. y necesita reactores industriales grandes y complicados. H2). Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Sin embargo el gas de síntesis también se puede obtener a partir de la combustión parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón. un alquitrán de madera. El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas formas. Los catalizadores usados son ZnO o Cr2O3. 4. base para la preparación de antisépticos y desinfectantes. oxido de propileno. empleados en el calentamiento de las retortas. Esta materia prima condujo a su nombre de alcohol de madera. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones. Este proceso consiste en destilar la madera en ausencia de aire a unos 400 °C formándose gases combustibles (CO.5% de acetona. CO + CO2 + H2 CH3OH La reacción se produce a una temperatura de 300-400 °C y a una presión de 200300 atm. En el caso de que la materia prima sea el carbón. PROCESO LURGI Se denomina proceso de baja presión para obtener metanol a partir de hidrocarburos gaseosos. Se fracturan los pozos de carbón mediante explosivos. mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los desarrollados por las firmas Lurgi Corp. El carbón encendido genera calor y el carbono necesarios. Este proceso se conoce como proceso in situ. Este método no tiene una aplicación industrial difundida. Proceso Lurgi . (ICI). Los procesos industriales más ampliamente usados. se encienden y se fuerzan aire comprimido y agua. y se produce gas de síntesis. Diagrama de Bloques. usando cualquiera de las tres alimentaciones (gas natural. E Imperial Chemical Industries Ltd. el gas de síntesis se puede obtener directamente bajo tierra. líquidos o carbón. Dentro del reactor se produce la oxidación parcial del gas natural. 2. Esta mezcla pasa luego a otro reactor donde se acondiciona el gas de síntesis eliminándose el carbón libre. este se desulfuriza antes de alimentar el reactor. y se precalienta. Reforming Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en función del tipo de alimentación. H2S y carbón libre. Aproximadamente la mitad de la alimentación entra al primer reactor. Síntesis El gas de síntesis se comprime a 70-100 atm. En el caso de que la alimentación sea de gas natural. quedando el gas listo para alimentar el reactor de metanol. El gas así formado consiste en H2. ésta es parcialmente oxidada por O2 y vapor de agua a 1400-1500 °C y 55-60 atm. De esta manera se obtiene H2. el H2S y parte del CO2. El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la otra mitad de la alimentación (previamente desulfurizada).El proceso consta de tres etapas bien diferenciadas: 1. Esta mezcla de gases entra en el segundo reactor. Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 780 °C y a 40 atm. Luego alimenta al reactor de síntesis de metanol junto con el gas de recirculación. CO2 y un 20% de CH4 residual. CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 950 °C. CO. Este se proviene de una planta de obtención de oxígeno a partir de aire. El reactor Lurgi es . CH4. En caso de que la alimentación sea líquida o carbón. CO con algunas impurezas formadas por pequeñas cantidades de CO2. el cual está alimentado por O2. el cual está alimentado con vapor de agua a media presión. el cual es enfriado por agua en estado de ebullición. Además se protege a los catalizadores. condensándose el metanol. del cual salen gases que se condicionan (temperatura y presión adecuadas) y se recirculan. La temperatura de reacción se mantiene así entre 240-270 °C. ya que los procesos de obtención de gas de síntesis y purificación de metanol son similares para todos los procesos. obteniéndose vapor que se utiliza en otros sectores del proceso. De la torre de destilación sale el metanol en condiciones normalizadas. Este se separa luego por medio de separador. . Todas las demás características son similares al proceso Lurgi antes descripto. en el cual al gas de síntesis ingresa por la base y el metanol sale por el tope. El metanol en estado líquido que sale del separador alimenta una columna de destilación alimentada con vapor de agua a baja presión.4 Kg. de metanol. CO + H2 →CH3OH ΔH < 0 CO2 + H2 →CH3OH ΔH < 0 Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición obteniéndose de 1 a 1. cuyos tubos están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por agua en ebullición. El catalizador se mantiene así fluidizado dentro del reactor. Para ello primeramente pasa por un intercambiador de calor que reduce su temperatura. 3. Destilación El metanol en estado gaseoso que abandona el reactor debe ser purificado. de vapor por Kg. La destilación se realiza en dos etapas en lugar de realizarse en una sola. PROCESO ICI La diferencia entre los distintos procesos se basa en el reactor de metanol. En este caso la síntesis catalítica se produce en un reactor de lecho fluidizado.un reactor tubular. Proceso ICI 5 ESTUDIO DE MERCADO El mercado establecido para el presente proyecto estará ubicado en Bolivia. Methanex emplea unas 800 personas en todo el mundo. Su extenso sistema de redes mundiales de comercialización y distribución los convierte en el mayor abastecedor de metanol de cada uno de los principales mercados internacionales. con plantas en Chile. Nueva Zelandia. principal productor de metanol en Latinoamérica y tercera en el mundo. el mismo no presenta oferentes o competidores regionales. y en Trinidad. siendo el metanol un producto de importación. Methanex es el mayor productor y comercializador de metanol del mundo. . Es de esta manera que el análisis de la oferta. demanda y costo del producto se basará en datos provenientes de la empresa METHANEX ubicada en Chile.Instalación para obtención de metanol. en Bolivia se usa el metanol para la obtención algunos químicos ya mencionados y para la fabricación de plásticos. etc.85% de pureza 6 MATERIALES E INSUMOS Para la producción de metanol por oxidación parcial son necesarios algunos recursos que veremos a continuación: Materia prima principal Sistema de inyección directa de Gas Natural Seco con presión de 8 bar Materia prima de proceso Sistema de inyección directa con O2 con presión de 10 bar Catalizador de Peróxido de Vanadio Elementos de proceso.Formada en 1992.2 CAPACIDAD DE LA PLANTA La capacidad de la planta para la cual se hizo el diseño es de un consumo total de 2378. siendo que en 2011 se importó en promedio 981 tma. uniones. y la construcción de instalaciones de bajo costo en los sitios y tiempos adecuados. y como se mencionó anteriormente en nuestro país no existe una planta petroquímica productora de metanol. La importación anual se ha incrementado en los últimos años. Refrigerante: . la Compañía creció mediante adquisiciones.5 kg/h (aprox) de gas natural seco para una producción de 3325. gomas. Como información del mercado solo se cuenta con los precios de importación del metanol 5. es por ello que importamos este producto del país vecino de Chile. 5.1 MERCADO NACIONAL Bolivia constituye el mercado principal y único del proyecto. y mediante el manejo estratégico y ‘responsable’ de nuestros bienes.32 kg/h de producto metanol al 99. Agua tratada de pozo Servicios básicos Servicio de energía eléctrica con conexión de alto voltaje Servicio de gas natural 6. H2 1. CO 1. debido a que . Se puede encontrar como “gas natural asociado” cuando está acompañando de petróleo. o bien como “gas natural no asociado” cuando son yacimientos exclusivos de gas natural. el principal componente es el metano (CH4). pentano y más pesados) que se transporta por poliductos hasta una planta de fraccionamiento.93 %. Etano 0.76%) el cual será provisto por la misma empresa.57 Butanos 0.63 Dióxido de carbono 1.36 Etano 7. Otros componentes: Agua.19 Más pesados 0. La materia prima empleada es el gas natural seco (Metano 96. butano. azufre y otras impurezas que no tiene valor comercial. Componentes del Gas Natural en Bolivia Componente Mezcla Bolivia (Sustancia) (% Vol) _______________________________ Metano 90.17 Propano 1.14 Es un Gas Natural Noble (exento de S). Líquidos de gas natural (propano. El gas natural una vez extraído de los reservorios se somete a un proceso de separación.1 CLASIFICACION DE LA MATERIA PRIMA El gas natural es un combustible compuesto por un conjunto de hidrocarburos livianos.26%. Mediante este proceso se obtiene: Gas natural seco (metano y etano) que se transporta por gasoductos a los centros de consumo.05%. se trata de una sustancia explosiva y no es conveniente su importación.metano. su ciclo de vida útil es de 2 años. 7 UBICACIÓN Y EMPLAZAMIENTO El departamento de Cochabamba cuenta con las características deseadas para el emplazamiento de esta planta: Disponibilidad. ya que esta materia prima es sumamente inflamable y por lo tanto resulta mucho más conveniente su producción y su transformación posterior. El vapor de agua se producirá a partir de agua de pozo. provisto por la empresa. previamente tratada para su posterior evaporación. El combustible usado para la caldera de vapor de agua será el combustible residual nº 6. etano) el cual se utiliza en la producción plásticos así como su uso en combustible primordialmente . este va hacer considerado como el punto de partida para la disponibilidad de materias primas. debido a los cuidados que debe tenerse para su transporte. Teniendo en cuenta en que actualmente se ésta fomentando la industrialización del gas natural para la producción de productos petroquímicos. En cuanto al catalizador. por lo que se lo debe importar cada cierto periodo. 6.2 FUENTES DE MATERIAS PRIMAS E INSUMOS El presente proyecto se lo plantea como una planta anexa a una planta de producción de Gas Natural Seco o de Síntesis. La disponibilidad de las materias primas como el gas natural (propano . Disponibilidad de energía . y diversos productos. 8. o se estropean antes. hidrogeno y monóxido de carbono. por un lado están lejos de los mercados. Suministros de mano de obra Este factor tiene un peso importante a la hora de elegir la ubicación de una planta. El proceso industrial pierde eficacia. Clima También los factores ambientales son de estudio a la hora de decidir la ubicación de una planta industrial.1 Descripción del Proceso El proceso será desarrollado a partir de gas oxigeno el cual se encuentra en un tanque de almacenamiento debido a que es un gas altamente explosivo y el gas natural seco o de síntesis siendo una mezcla contiene una proporción algo definida de etano. Posteriormente los reactivos [2] [3] llegan a un mezclador M-102 de donde deben salir muy bien mezclados. Los procesos industriales muy contaminantes producen rechazo en las zonas de vivienda.El Proceso de producción de metanol. donde el metano será considerado el de mayor proporción. muy secos. Debido a las condiciones de urbe y crecimiento poblacional de nuestra ciudad. tiene como principal materia prima al metano el cual se obtiene en un proceso exotérmico. muy cálidos. también. en climas muy fríos. un factor limitante para la localización industrial. Las máquinas no funcionan bien. INGENIERIA DEL PROYECTO 8. Los climas extremos son. eso no representa un problema. por lo que deben instalarse lo más lejos posible de los núcleos habitados. a los que hay que alojar en las inmediaciones a costa de la empresa. estos climas se corresponden con densidades de población muy bajas. por lo tanto la refinería constituye un buen lugar. y por otro lejos de los trabajadores. Además. o muy húmedos. de este mezclador sale la mezcla de gases reaccionantes [4] y pasan por una bomba L-110 y un intercambiador de calor E- . es decir. el cual reacciona con la totalidad de CO2 para formar carbonato de sodio y agua [19]. Los gases restantes que salen del absorbedor [12] son recirculados al mezclador M-101 para iniciar otro paso por todo el sistema.25 KPa) [5] y temperatura (300°C) [6] deseadas en el reactor. proveniente de la planta de tratamiento. donde se reduce su presión desde 5066. La mezcla [7] sale del reactor a una temperatura de (419.09°C). donde se lleva a cabo la oxidación del metano con oxígeno con ayuda del pentóxido de vanadio que actúa como catalizador y los aditivos tales como el monóxido de carbono y el hidrogeno aumentan la formación de metanol.325 KPa [9]. Como sucede una serie de reacciones durante la oxidación parcial. 2CH4 + O2 → 2CH3CO (1) CO + 2H2 → CH3OH (2) CH3OH + CO → CH4 + CO2 (3) En esta parte del proceso se forma también dióxido de carbono como subproducto de las reacciones. la parte más importante del sistema. por lo cual se hace necesario un condensador E-301 para evitar que se descomponga el metanol que se ha formado de la elevada temperatura [8] (60°C) En seguida la mezcla [8] pasa por una válvula isotérmica K-302. Preparación del vapor de agua El agua [13]. es necesario plantear un conjunto de reacciones. se llega a un tanque separador de fases H-310 donde se extrae el metanol líquido [10] y la mezcla de gases [11] será sometida a otro tratamiento.25 KPa. Después de este intercambiador se encuentra el reactor R-210. la mezcla de gases [11] se somete a una absorción D-320 reactiva con NaOH [18]. Luego de separar el metanol. hasta 101. Después de pasar por la válvula.111 que serán los encargados de acondicionar la mezcla para que alcancen la presión (9191. inicialmente a 20 ºC es succionada por la bomba L-113(corriente de salida [14]) e ingresa al vaporizador . 0 Hidrogeno 2.4 CO2 44.Pesos moleculares [Kg/Kgmol] de los compuestos y temperaturas de ebullición normal [°C]: Peso M.2 Diagrama de Flujo del Proceso El diagrama del proceso puede apreciarse al final del documento.043 111. calentando a contracorriente el efluente de la bomba L-110.5 Oxigeno 31.042 175. 8.016 14 NaOH 40 337.1 Metano 16.6 CO 28.01 216. en el cual se produce vapor de agua a baja presión (2.01 68.3 Balance de Masa Datos Técnicos Previos: .7 atm) y una temperatura de 744ºC (corriente [19]).7 Na2CO3 140 738 Datos de conversión y selectividad para el catalizador peróxido de vanadio para un reactor: Selectividad conversión a estireno= 95%* Selectividad conversión a tolueno=3%* Selectividad conversión a benceno=2%* .6 Agua 18. 8.02 100.E-112.(g/mol) Temperatura(K) Metanol 32.99 54. La corriente [19] ingresa por la coraza del intercambiador de calor E-111. considerando como única las trazas de metano no reaccionado.032 Kg metanol 3420. m´ 2=148. m ´ metanol=24626 Ton 1 año 1000 Kg 1 día Kg x x x =3420. Corriente de mezcla de Metano [2]: De acuerdo a un análisis de oferta y demanda se fijó una producción de 24626 ton/año. h Corriente de Oxigeno [3]: . ∗16.26 Kmol metano h Kmol metano .85% (w/w). se considerará que esta corriente se encuentra al 100% de pureza: %conversión global= n Metano. Las especificaciones típicas de venta son: pureza mínima de 99. dividida entre los moles totales obtenidos. h Kgmetano .26 =2378.5 1 Kmol metano . Estas especificaciones serán tomadas para la producción de esta planta de metanol.043 Kg metano . ´ reacc ∗100 ´ n2 metano Kgmetanol ∗1 Kmol metanol h ∗2 Kmol metano 32. Conversión a estireno=35% *Nota: selectividad fue calculada como la división de los moles de “x”.34 Metanol año 300 dias 1 Ton 24 horas h Para facilidad de cálculos y debido a la pequeña fracción de metanol recirculado.34 2 Kmol metanol 72= ∗100 n2 metano. ´ nmetano ´ =148. por esta razón se eligió una proporción de 1:12: Kmol etilben ∗12.86 Kg H 2 O h .27 Kmol H 2 O 1 Kmol etilb .34 2 Kmol metanol 72= ∗100 n 2 metano ´ .13 Kmol metano h Kmol oxigeno.12 1 Kmol oxigeno.7 Kmol H 2O h n´ 19=56. m ´ 19=13000. la relación vapor de agua a etilbenceno es de 1:10 a 1:15. m´ 3=74. por tratarse de una reacción endotérmica se favorece una mejor conversión a mayor cantidad de vapor. noxigeno ´ =74. Cálculo de la cantidad de inerte: Según la patente US3294856. sin embargo el costo de producción se incrementa.032 Kg metanol 3420.%conversión global= nOxigeno ´ . en la cual se trata agua de pozo del lugar de ubicación.043 Kg oxigeno. h Kgoxigeno .reacc ∗100 ´ n2 oxigeno Kgmetanol ∗1 Kmol metanol h ∗2 Kmol Oxigeno 32.13 =2372.83 =722. ∗16. de manera de acondicionarla para convertirse en vapor del proceso (cabe señalar que esta planta no se considera en las bases del diseño de esta planta). h Corriente de planta de tratamiento de agua para caderas industriales [19]: Es la corriente de salida de la planta de tratamiento de agua. 86 Kg H 2 O h Corriente Entrada al reactor R-210 [4]: Es la mezcla de la corriente [3] con la corriente [28].73 Kg h .86 Kg H 2 O h Corriente de vapor de salida del intercambiador E-112 [26]: Es la corriente de salida del intercambiador E-110.27 Kmol H 2 O m´20=13000.86 Kg H 2 O h Corriente de vapor de entrada del intercambiador E-112 [22]: Es la corriente de salida de la caldera de vapor E-111. tiene la misma composición que la corriente [23]: n´20=722. las cuales no reaccionan ya que no se encuentran en contacto con el catalizador: m ´ 25+ m ´ 3 =m ´4 m ´ 4=19060.Corriente de agua de salida de la bomba L-110 [20]: Es la corriente de expulsada por la bomba L-101.27 Kmol H 2 O m´25=13000. tiene la misma composición que la corriente [24]. sólo que a menor temperatura: n´25=722. pero en estado de vapor: n´22=722. es decir que tiene el mismo flujo másico y composición que la corriente [27].27 Kmol H 2 O m´22=13000. después de haber calentado a la corriente [5]. reacc . sólo tomaremos las tres más importantes: 1. h 21. ∗35 Kmol etilben . usando la fórmula de selectividad recomendada por la patente US3847968: 3= n´ 5.24 = 1 Kmoletilbenc reacc .estireno =60.2 Kmol h Corriente Salida del reactor R-210 [5]: De acuerdo a las reacciones químicas que se dan en el catalizador.084 + n5.estireno = =2508.n´ 25 + n´ 3= n´ 4 n´ 4 =779.084 Kmol estireno ∗104.2 Kg estireno h Kg estireno m ´ 5.benceno h .tolueno + n´ 5.084 Kmol estireno n´ 5.01 1 Kmol estireno h Cálculo de la cantidad de tolueno producida. h ∗1 Kmol estireno 100 Kmoletilben .tolueno ∗100( A) Kmol est ´ 21. C6 H 5−C 2 H 5 ↔C 6 H 5−C 2 H 3 + H 2 2. 3. 24. C6 H 5−C 2 H 5 →C 6 H 6+ C2 H 4 C6 H 5−C 2 H 5 + H 2 →C 6 H 5 −C H 3 +C H 4 Considerando: Selectividad conversión a estireno= 95%* Selectividad conversión a tolueno=3%* Selectividad conversión a benceno=2%* Conversión a estireno=35% Cálculo de la cantidad de estireno producida: Kmol etilben . CH 4 =20. usando la fórmula de selectividad recomendada por la patente US3847968: 2= n´ 5.tolueno=125.03 m Kg C H 4 h .83 1 Kmol estireno 1 Kmoltolueno h ´ 5.3574 =1.benceno=25.15 Kg etileno h Cálculo de la cantidad de hidrógeno producida: Kmol estireno Kmol tolueno ∗1 Kmol H 2 ∗1 Kmol H 2 Kmol H 2 h h n´ 5.CH 4=1.H 2=46.tolueno+ n´ 5.etileno =9.etileno =´n5.02 m Kg H 2 h Cálculo de la cantidad de metano producida: Kmol tolueno ∗1 Kmol CH 4 Kmol C H 4 h n´ 5.071 n´ 5. benceno ∗100 (B) Kmol est ´ 21.benceno h Resolviendo las ecuaciones (A) y (B) como sistema de ecuaciones lineal. obtenemos los siguientes resultados: n´ 5.67 =22.084 −0.3262 Kmol etileno h m ´ 5.3574 Kmol tolueno h m ´ 5.084 + n 5.benceno =0.tolueno =1.3574 1 Kmoltolueno h ´ 5. benceno=0.Cálculo de la cantidad de benceno producida.3262 Kmol benceno h m ´ 5.48 Kg tolueno h Kg benceno h Cálculo de la cantidad de etileno producida: n´ 5. H 2=21. h h n´ 5. por tratarse de una reacción endotérmica se favorece una mejor conversión a mayor cantidad de vapor.84 Kg H 2O h Cálculo del flujo másico y molar total: m ´ 5=19055.Cálculo de la cantidad de etilbenceno no reaccionada: 1 Kmol estireno Kmoltolueno ∗1 Kmol etilben . H 2O =60.084 −1.84 Kg h . ∗1 Kmol etil Kmol etilben . por esta razón se eligió una proporción de 1:12: Kmol etilben ∗12 Kmol H 2O h n´ 5. entonces: m ´ 6=19055. m ´ 5.H 2 O=13011. sin embargo el costo de producción se incrementa.3574 h 1 Kmol est . =60.24 =722.24 Kgetilbenceno h Cálculo de la cantidad de inerte: Según la patente US3294856.etilbenc . 1 Kmol tolueno m ´ 5.28 Kmol H 2 O 1 Kmol etilb .84 n´ 5=803. =3310.24 −24.62 Kg h Kgmol h Corriente Entrada del reactor R-220 [6]: Esta corriente tiene las mismas composiciones que la corriente [5] además que los mismos flujos másicos y molares. la relación vapor de agua a etilbenceno es de 1:10 a 1:15.etilben . pero teniendo en cuenta que para todas las especies involucradas.estireno =21. =38.n´ 6 =803. usando la fórmula de selectividad recomendada por la patente US3847968: 2= n´ benceno ∗100(B) Kmol est ´ 13. se tienen flujos de entrada distintos a cero: Cálculo de la cantidad de estireno producida: Kmol etilben . usando la fórmula de selectividad recomendada por la patente US3847968: 3= n´ tolueno ∗100( A) Kmol est ´ 13.20 Kmol estireno h 34.estireno = =3457. obtenemos los siguientes resultados: . ∗35 Kmol etilben .2 Kg estireno h Kg estireno m ´ 7.32 1 Kmoletilbenc reacc .81 1 Kmolestireno h Cálculo de la cantidad de tolueno producida.reacc .62 Kgmol h Corriente de Salida del reactor R-220 [7]: Se calcula igual que la corriente [5].32 + ntolueno + n´ benceno h Resolviendo las ecuaciones (A) y (B) como sistema de ecuaciones lineal.4 Kmol estireno ∗104. h n´ 7. Kmol estireno n´ estireno ∏ .084+13.32 + ntolueno + n´ benceno h Cálculo de la cantidad de benceno producida.32=33.046 =13. h ∗1 Kmol estireno 100 Kmoletilben . tolueno =1.etileno =´n7.41 +13.036 Kmol tolueno h n´ 7.3574+1.tolueno=220.etileno =14.benceno=40.036=2.91 h 1 Kmol estireno 1 Kmol tolueno h ´ 7.5222 m ´ 7. benceno=0.3262+0.2841 1 Kmol tolueno h ´ 7.n´ tolueno=1.65 Kg etileno h Cálculo de la cantidad de hidrógeno producida: Kmol estireno Kmol tolueno ∗1 Kmol H 2 ∗1 Kmol H 2 Kmol H 2 Kmol H 2 h h n´ 7.H 2=62.5222 Kmol etileno h m ´ 7.CH 4 =36.32 −0.79 Kmoltolueno h Kmol benceno h Kg benceno h Cálculo de la cantidad de etileno: n´ 7.CH 4=0.196 Kmol benceno h n´ 7.67 +0.196=0.3931 m ´ 7.32 m Kg H 2 h Cálculo de la cantidad de metano producida: Kmol tolueno ∗1 KmolCH 4 Kmol C H 4 h n´ 7.44 =30.50 Kg tolueno h n´ benceno =0.44 =2. H 2=20.benceno =0.64 m Kg C H 4 h . =2211.86 n´ 8=812.27 Kmol H 2 O m ´ 7.84 Kg H 2O h Cálculo del flujo másico y molar total: m ´ 7=19055.H 2 O=13011.Cálculo de la cantidad de etilbenceno no reaccionada: 1 Kmol estireno Kmol tolueno ∗1 Kmol etilben . 1 Kmol tolueno m ´ 7.44 h 1 Kmolest . pero debido a su temperatura (40ºC) se encuentra condensado (se presentan 3 fases): m ´ 8=19055. H 2O =722.etilbenc .94 Kg h Kmol h Corriente de Productos enfriados [8]: Tiene la misma composición que la corriente [7].86 n´ 7=812.etilben .31 Kg etilbenceno h Cálculo de la cantidad de inerte: n´ 7. ∗1 Kmol etilben Kmol etilben .32 −0.94 Kg h Kmol h Corriente de gases [9]: .046 −13. h h n´ 7. =38. 84 Kg H 2O h Corriente orgánica de alimentación a D-310 [12]: La misma que la corriente [10]. H 2O =m ´ 7.etilbenceno + n´ 7.estireno + m ´ 7. se considerará que el separador H301 trabaja en condiciones tales que permita una separación total de las fases.CH 4 + n´ 7.CH 4 + m ´ 7.27 Kmol H 2 O h m ´ 11.62 Kmol h m ´ 9=m ´ 7.10 Kg h Corriente acuosa [11]: Igual que en los anteriores puntos. pero a mayor presión: . H 2 + m ´ 7.etileno n´ 9 =36. H 2 O =13011.H 2 O =722.Como se indicó en la descripción del proceso. se considerará una separación total: n´ 11.estireno + n´ 7.benceno + m ´ 7.etilbenceno + m ´ 7.benceno + n´ 7. H 2 O= ´n7. despreciándose la solubilidad de estos gases en la fase acuosa y orgánica: n´ 9 =´n7.71 Kg h Corriente orgánica [10]: Igual que en el anterior punto.etileno m ´ 9=236. se considerará una separación total: n´ 10=´n 7. H 2 + n´ 7.tolueno m ´ 10=5846.20 kmol h m ´ 10=m ´ 7.tolueno n´ 10=56. etilbenceno =0.benceno=56.24 Kmol tolueno h Kg benceno h Entonces: 0. pero a mayor presión: n´ 16.20 kmol h m ´ 10=5846.28 Kg tolueno h n´ 14.estireno =34. tolueno=102.72 Kmol benceno h m ´ 14.90 Kg estireno h .11+0.estireno =3584.etilbenceno=10.926 Kmol h Corriente de fondos y alimentación a D-320 [16]: Es la misma que [15].tolueno=1.40 Kmol estireno h m ´ 16.95= 0.n´ 10=56. con una impureza de 5% en etilbenceno (13): n´ 14.11+ 0.72 1.11 m ´ 14.benceno =0.096 Kmoletilbenceno h m ´ 14.72+ ´netilbenceno n´ 14.20 Kg etilbenceno h Por lo tanto: n´ 14=1.10 Kg h Corriente de cabeza de D-310 [14]: Se considerará que todo el tolueno y benceno se destilan.95= ´´ + n´ ntolueno benceno ´´ + ´n ntolueno ´ etilbenceno benceno + n 1. 71 atm: n´ 17 + n´ 1= n´ 2 n´ 1=60.81 106.24 Kmol Kmol Kmoletilbenceno −23.2 h h Kg etilbenceno h Corriente de etilbenceno fresco [1]: El etilbenceno fresco se encuentra almacenado en tanques con chaquetas de refrigeración de manera de mantenerlo a una temperatura de 20ºC debido a su alta inflamabilidad.71 atm = 2.53 Kg h Corriente de cabeza de D-320 [17]: Para fines de cálculo se consideró que esta corriente es 100% pura en etilbenceno.81 =36.3 Kcal / Kg H líquido.48 10. aunque esta afirmación no es correcta.77 Kmol etilbenceno Kmol etilbenceno =23. 25℃ =20.87 Kg etilbenceno h Corriente Combustible 15.63 Kg estireno h Por lo tanto: n´ 16=58.74 kg/cm2 (vapor saturado).etilbenceno ¿ n´ 17.31 Kmol h m ´ 16=6124. etilbenceno n´ ¿ n´ 18.5 ºAPI [23]: P= 2. a una presión de 2.n´ 16.43 h h h m ´ 1=3868.etilbenceno=2539. pero las impurezas presentes son tan pequeñas que es posible realizar esta afirmación: 16.etilbenceno =23. caldera del 100%: H vapor =649.91 Kmol etilbenceno h m ´ 16.03 Kcal / Kg y una eficiencia de la .etilbenceno=2528.91− m ´ 17.etilbenceno =23. Asumimos T o agua=20 ℃ . 71 Kg O h 2 2 m ´ 23.84 2 m ´ 23.N =806.64 x 0.O =13.71 h 2 Kg n´ 23.C =806.86 Kg H∗1 Kmol H Kmol H =79.017=13.64 x 0.42 32 KgO2 h N 2∗1 Kmol N 2 Kmol N 2 =0.65 Kg C h Kg N h 2 Kg S h Ahora calculamos los flujos molares de cada componente y el flujo molar total: n´ 23.84 m 23.17 28 Kg N 2 h .64 x 0.64 x 0.78 m ´ 23.S=806. calculamos la composición del flujo de combustible: m ´ 23.64 1 Kg comb )( 10150.O =806.007=5.006=4.78 n´ 23.7 Kcal ) kg´ combustible usado h Por norma se conoce la composición del combustible nº6.86 Kg H h m ´ 23.´comb=806.84 h 2 Kg C∗1 Kmol C KmolC =58.48 h 12 Kg C h O2∗1 Kmol O2 Kmol O2 =0. H =79.C =701.86 h 1 Kg H h Kg n´ 23.3 −20.099=79. N =4.H =806.Kg Agua Kcal Kcal x 649.87=701.03 h Kg Kg ( 13011.64 x 0. 53 torr .18 h 32 Kg S h Por lo tanto el flujo molar total de combustible: n23.63 =86.49 100 Kmol O 2 h Con la temperatura y la humedad del aire.18 1 Kmol S h Kmol O2 ∗110 KmolO2 KmolO 2 h ntot´ O 2=58.48 =58.12 kmol comb h Aire suministrado [21]: El aire entra con un 10% de exceso.65 Kg S∗1 Kmol S Kmol S =0.48 1 KmolC h Kmol H ∗0.48+19. 20ºC y 90% humedad relativa. primero calcularemos la cantidad de oxigeno necesitado: → C+O 2 ❑ C O 2 1 → 2 H + O2 ❑ H 2 O 2 → S +O2 ❑ S O2 KmolC ∗1 Kmol O 2 Kmol O2 h 58.9=15.comb ´ =139.78 2 psat¿ =17.n´ 23.53torr∗0.18 =0.97+ 0.S =5. pH O =17.86 =19.18=78.5 Kmol O2 Kmol O2 h 79. de tablas.97 2 Kmol H h Kmol S ∗1 Kmol O2 Kmol O2 h 0. 4∗293.98 L de aire 694.22torr Para 100 moles de aire seco (79 moles de N2 y 21 moles de O2): V aire = 62.68 1 Kmol O2 h 2 Kmol N 2 ∗28 Kg N 2 Kg N 2 h ´ =332. h kmol aire húm n´21=86.27 kmol H 2 O Kmol H 2 O h n21.15 Con el anterior dato podemos hallar el valor de moles totales de aire húmedo: Kmol O2 ∗( 100+2.O =2767.75 m21.98 =2.21 =332.08 1 Kmol H 2 O h 2 .21 21kmol O2 h Calculamos su composición: kmol aire húm ∗21kmol O 2 KmolO2 h n21.Asumiendo una presión atmosférica de 710 torr: paire =710 torr−15.56 m21.49 =421.N =9317 1 Kmol N 2 h 2 Kmol H 2 O ∗18 Kg H 2 O Kg H 2 O h ´ O=9.49 m21.27 ) kmol aire húm .78torr=694.H =172.21 =9.O ´ =421.´H O =421.78∗2634.27 mol H 2 O( por cada100 moles de aire seco) 62.21 =86.4∗293.22 n H 2O = 15.15∗100 =2634.75 100 kmol aire húm h 2 kmol aire húm ∗2.49 100 kmol aire húm h 2 kmol aire húm ∗79 kmol N 2 Kmol N 2 h n21.56 100 kmol aire húm h 2 Calculamos sus flujos másicos: Kmol O 2 ∗32 Kg O 2 KgO2 h ´ =86.´ N =421. 86 =39.75 9.29 2 Kmol O2 h .68+9317+172.86 Kmol O2 h Del combustible quedan como residuos: 0.08=12256.Finalmente calculamos el flujo másico total: m´21=2767.18 1 Kmol de S h Del aire (5) quedan como residuos: Kmol N 2 h 332.O =8.17 Kmol N 2 h Ahora sumamos el número total de moles para cada componente obteniendo: n´ 24.93 2 Kmol H h KmolS ∗1 Kmol S O 2 Kmol S O2 h 0.76 Kg vap h Corriente de gases de combustión calientes [24]: Calculamos la masa de los gases de combustión obtenidos en el proceso de combustión: KmolC ∗1 Kmol C O2 Kmol C O2 h 58.18 =0.56 Kmol H 2 O h 7.48 1 Kmol C h Kmol H ∗1 Kmol H 2 O Kmol H 2 O h 79.48 =58.43 Kmol O2 h 0. 48 m24.12 1 Kmol CO2 h 2 Kmol SO 2 ∗44 Kg SO 2 Kg SO 2 h ´ =0. N =332.H =890.N =9321.82 1 Kmol H 2 O h 2 Por lo tanto el flujo másico total para esa corriente será: m ´ 24=13058.18 2 Kmol S O2 h n´ 24.76 1 Kmol N 2 h 2 Kmol CO 2 ∗44 Kg CO2 Kg CO2 h ´ =58.92 1 Kmol SO 2 h 2 Kmol H 2 O ∗18 Kg H 2 O Kg H 2 O h ´ O=49.9 Kg h .CO =2573.SO =0.49 2 Kmol H 2 O h Ahora obtendremos los flujos másicos: Kmol O2 ∗32 Kg O2 KgO2 h ´ =8.92 Kmol N 2 h n´ 24.48 Kmol C O2 h 2 2 n´ 24.29 m24.O =265.28 1 Kmol O2 h 2 Kmol N 2 ∗28 Kg N 2 Kg N 2 h ´ =332.92 m24.n´ 24.18 m24.SO =7.49 m24. H O =49.CO =58. solo que estos se encuentran a menor temperatura (se considera que la caldera opera de manera adiabática): m ´ 25=13058.n´ 24=449.9 n´ 25=449.36 Kg h Corriente de gases de combustión fríos [25]: Tienen la misma composición que los gases de combustión calientes.36 Kg h Kg h .