Proceso de Acetato de Vinilo--A-iis.1.11

7/22/2019 Proceso de Acetato de Vinilo--A-iis.1.11

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DISEO DE PROCESOS 1

IVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA QUMICA E INGENIERIA METALURGICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUMICA

SEMESTRE 2013-II

PRODUCCIN DE ACETATO DE VINILO

ASIGNATURA:DISEO DE PROCESOS

DOCENTE:DR. ING. BALTAZAR NICOLAS CACERES HUAMBO

ESTUDIANTES: NICOLAS PUMA MUJICASUSAN JALIXTO FERNANDEZ

MARLENI CURASI ORDOEZ

CUSCO PER

2013


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DISEO DE PROCESOS 2

INDICE

1.- Introduccin

2.- Objetivos

2.1.- Objetivo General2.2.- Objetivos Especficos

3.- Justificacin

4.- Marco Terico

5.- Diagrama de Bloques Global

6.- Descripcin del Proceso

7.- Diagrama de Flujo del Proceso Global

8.- Balance de Masa9.- Balance de Energa

10.- Anexos

11.- Bibliografa


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1.- INTRODUCCION

En el presente proyecto se realizar el modelado del proceso de obtencin del monmero

acetato de vinilo. Primero se realizara un modelado terico del proceso, posteriormente ser

implementado en el simulador Hysys. Los datos de partida para realizar el siguiente trabajo es

una estructura del diagrama de bloques con informacin sobre corrientes y equipos.

Incentivando el desarrollo industrial de nuestro pas, haciendo posible de esta manera el

crecimiento econmico de nuestra nacin, procurando poner en prctica los conocimientos

adquiridos en nuestra formacin profesional, haciendo uso de bibliografa especializada,

tomando como referencia este tipo de industrias existentes en el mercado.


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2.- OBJETIVOS

2.1.- Objetivo General:

Simular el proceso de produccin de Acetato de Vinilo.2.2.- Objetivos Especficos:

Realizar el diagrama de bloques del proceso. Realizar el diagrama de flujo del proceso. Realizar los balances de masa y energa. Simular el proceso de produccin de Acetato de Vinilo.

3.- JUSTIFICACION

El acetileno, debido a su precio, ha sido sustituido por etileno que es una alternativa de menor coste.

Los procesos que se utilizan en la actualidad son 1.b y 3.b. Los procesos 1.a, 2 y 3.a ya no se emplean,

mientras que el proceso 4 todava no se ha empleado en la industria (quizs obtenga mayor importancia

en un futuro debido a que los materias primas necesarias se pueden obtener fcilmente a partir de

carbn o nafta).

El acetato de vinilo (CH3COOCH=CH2) es un compuesto de la industria qumica bsica orgnica y constituye

el primer eslabn para la fabricacin de innumerables compuestos usados cotidianamente en todo el

mundo. Actualmente, se producen en torno a 4,9 millones de toneladas anuales en todo el mundo, de

las que Estados Unidos acapara el 30% aproximadamente.

El acetato de vinilo (AV) es un producto qumico de gran importancia industrial, ya que es usado para

fabricar una amplia variedad de productos industriales y de consumo, entre ellos el poliacetato de vinilo

usado para producir las pinturas, pegamentos y capas para los substratos flexibles; el alcohol polivinlico,

los acetales polivinlicos utilizados en la produccin del aislamiento para el alambre magntico y loscopolmeros del acetato de vinilo del etileno.

http://www.repositorio.uis.edu.co/...

SINTESIS DE ACETATO DE VINILO A PARTIR DE LA REACCION CETENA Y ACETALDEHIDO. Autores:

Ederman Caldern Bohorquez y Nstor Mauricio Sarmiento Delgado. UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE
http://www.repositorio.uis.edu.co/http://www.repositorio.uis.edu.co/http://www.repositorio.uis.edu.co/


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SANTANDER, FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOQUIMICAS, ESCCUELA DE INGENIERIA QUIMICA.

BUCARAMANGA 2005.

Entre los pases productores de acetato de vinilo destacan, adems de Estados Unidos: Australia, Brasil,Canad, China, Francia, Alemania, los pases britnicos, India, Japn, Mjico, Sudfrica y Espaa. Elprecio de mercado es de 50 la tonelada.

http://www.bibling.us.es/...

MODELADO, SIMULACION Y CONTROL DE UNA PLANTA DE PRODUCCION DE ACETATO DE VINILO.

Yolanda Snchez Reina.

Per carece de la existencia de una industria petroqumica desarrollada, lo que lo convierte en unimportador neto de insumos y materias plsticas en formas primarias. De acuerdo con datos de laSociedad Nacional de Industriales de Per (SNI), el 99% de estas son de origen extranjero.

De acuerdo con datos del Ministerio de la Produccin, en Per existen 916 empresas dedicadas a la

fabricacin de productos de plstico, donde la regin de Lima concentra el 82,6%, Callao, el 4,0%,Arequipa, el 3,3%, y Junn, el 2,8%.

www.legiscomex.com/BancoMedios/...PLASTICO Y SUS MANUFACTURAS EN PERU. Marzo 04 del 2009.

Como se observa, el acetato de vinilo es una de las materias primas ms imprescindibles para laproduccin de plsticos y por ello, es de necesidad importante el aumento de su produccin a nivelnacional, y an a nivel regional.
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4.- MARCO TERICO

4.1.- Acetato de vinilo:

El acetato de vinilo es una sustancia qumica reactiva que es polimerizada tpicamente para formar el

acetato de polivinilo y los copolmeros de acetato de vinilo. El acetato de vinilo es un lquido incoloro

parcialmente soluble en agua, muy inflamable. Tiene un olor dulce a frutas en cantidades pequeas, peroel olor puede volverse intenso e irritante a niveles ms altos. Por lo general se embarca y almacena en

recipientes de capacidad grande, a granel marcados claramente.

El acetato de vinilo (AV) es un monmero que al polimerizar forma algunos polmeros de importantes

aplicaciones industriales como lo son el acetato de polivinilo, alcohol de polivinilico, el butiral

polivinilico, copolimeros vinil cloraros y fibras acrlicas entre otros; industrialmente es producido por

diferentes mtodos que se basan en la reaccin de acetileno a acetato de vinilo, ya sea en fase liquido o

en fase gaseosa.

La frmula general del acetato de vinilo es:

TABLA 4.1: PROPIEDADES DEL ACETATO DE VINILO

Fuente: Handbook of Polymer Synthesis.

PROPIEDADES GENERALES DEL MONMERO DE ACETATO DE VINILOPROPIEDADES VALOR

Peso de la frmula 86.09

Temperatura crtica 246C (474.8F)Presin crtica 574.0 psia (39.0 atm)

Punto normal de ebullicin @ 760 mm Hg = 72.7C (162.9F)

Calor de combustin @ 25C = -495 Kcal/mole

ndice de refraccin (nD^20) 1.3953


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Densidad del vapor (Aire =1.00) 2.97

Viscosidad @ 20C 0.43 cps

Punto de derretimiento -92.8C (-135F)Calor de vaporizacin (1 atm) 87.6 cal/g

Calor de polimerizacin 21.3 Kcal/moleCalor especfico @ 20C (liq.) 0.46 cal/g C

Olor No desagradable, olor dulzn en pequeas cantidadesUmbral de olor Aprox. 0.25-0.5 ppm

Reactividad Reactivo con s mismo y con una variedad de otrassustancias qumicas. Es estable cuando estalmacenado e inhibido adecuadamente.

Solubilidad en el agua: - AV en agua @20C

2.3% por peso

- AV en agua @ 20C 1% por peso

Sensibilidad a la luz La luz promueve la polimerizacin

Conductividad elctrica @ 23C 2.6 x 104 pS/m (1 S = 1 mho)Tensin de la superficie (20C) 23.6 dynes/cm

Coeficiente de expansin cbica 0.00137 per C at 20CLmite superior de inflamabilidad 13.4 vol% en aire

Lmite inferior de inflamabilidad 2.6 vol% en airewww.lyondellbasell.com/techlit/...GUIA PARA EL MANEJO SEGURO DEL ACETATO DE VINILO. VINIL ACETATE COUNCIL (Consejo delAcetato de Vinilo).

El acetato de vinilo fue reportado por primera vez en 1912 en una patente que describe la preparacin

del 1,1-diacetoxyetano a partir de la reaccin del acetileno y el cido actico, apareciendo el acetato de

vinilo como un subproducto de esta reaccin. El inters industrial en el acetato de vinilo y el acetato de

polivinilo comenz en 1925 cuando se perfeccionaron procesos de obtencin con mayores

conversiones, pero fue hasta 1986 donde se produjeron grandes cantidades anuales de acetato de vinilo

en Estados Unidos, Europa y Japn.

Punto de inflamabilidad Tag Closed Cup =-8C (18F); Tag Open Cup =-C(25F)Temperatura de auto ignicin 385-426.9C (725-800F)

Estado fsico Lquido

Tasa de evaporacin relativa (n-acetato debutilo = 1)

8.9

Presin de vapor @ 60C 487.4 mm Hg

Presin de vapor @ 20C 89.1 mm HgEcuacin de Antoine Log P = A - [B/(T+C)] - Log = Base 10 - T = C

- P = mm Hg - Range = 10 to 83C

Coeficiente de ecuacin - A = 7.51868 - B = 1452.058 - C = 240.588Color Claro y sin color

Gravedad especfica (20/20C) 0.934
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4.2.- Aplicaciones

Las principales aplicaciones del acetato de vinilo se mencionan a continuacin:

Plsticos

Pelculas y lminas plsticas Adhesivos y pegamentos Pinturas de emulsin en agua Revestimiento en plsticos para envasar alimentos Cristales de seguridad Materiales adhesivos de aplicacin en la construccin Fibras acrlicas Papel Aditivos de aceites lubricantes Modificador de almidn

De todas las aplicaciones, la ms importante sin duda es la fabricacin de plsticos, y a su vez la

produccin se distribuye del modo siguiente: 82% acetatos polivinlicos; de entre los que destaca el

alcohol de polivinilo (PVHO), 8% acetato del vinilo del etileno (EVA), 6% alcohol del vinilo del etileno

(EVOH), 1% cloruro de vinilo/copolmero del acetato de vinilo (VCM/VAM) y un 3% de otros polmeros.

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MODELADO, SIMULACION Y CONTROL DE UNA PLANTA DE PRODUCCION DE ACETATO DE VINILO.Yolanda Snchez Reina.

4.3.- Procesos de produccin

Existen varias rutas posibles para la produccin de acetato de vinilo, son las siguientes:
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El acetileno, debido a su precio, ha sido sustituido por etileno que es una alternativa de menor coste.

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Yolanda Snchez Reina.
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5.- DIAGRAMA DE BLOQUES GLOBAL

6.- DESCRIPCION DEL PROCESO

Para la obtencin de acetato de vinilo se emplean tres reactivos: etileno (C 2H4), oxgeno (O2) y

cido actico (HAc). Dichos reactivos se convierten en acetato de vinilo (VAc) como producto

principal, adems tambin se obtienen agua y dixido de carbono como subproductos.

Consideramos las dos siguientes reacciones:

Las reacciones exotrmicas tienen lugar en un reactor cataltico. Las reacciones son

irreversibles y los rdenes de reaccin tienen una dependencia con la temperatura tipo

Arrhenius.

El efluente del reactor fluye hasta un intercambiador de calor. Despus es enfriado con agua

refrigerante; la corriente gaseosa (oxgeno, etileno, dixido de carbono) y lquida (acetato de

CO(g)

HO(l)

A de V (g)

O (g)

CH (g)

A. ACETICO(l)

SISTEMA

DE

SEPARACIO

N

DESTILA

CION

REACT

OR


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vinilo, agua, cido actico) son separadas en un separador. La corriente gaseosa procedente del

separador es enviada a un compresor; a su vez, la corriente lquida se convierte en parte de la

alimentacin de la columna de destilacin azeotrpica. El gas de salida del compresor se

introduce en el fondo de un absorbedor, donde se recupera el acetato de vinilo restante. Parte

de la corriente lquida que se obtiene por el fondo se enfra e introduce en la mitad del

absorbedor. cido actico lquido que ha sido enfriado se introduce en la cabeza del

absorbedor para facilitar el lavado final. Los productos lquidos de cola obtenidos en el

absorbedor se mezclan con la corriente lquida procedente del separador alimentndose a la

columna de destilacin.

Parte del gas de cabeza que abandona el absorbedor se introduce en el sistema de eliminacin

de dixido de carbono, ste es como un separador con una determinada eficiencia que es

funcin de la velocidady la composicin. La corriente gaseosa (menos el dixido de carbono) es

evacuada, parte de la misma se enva a la purga para eliminar el etano (inerte) del proceso. El

resto se mezcla con la corriente de gas de reciclo y se dirige al intercambiador de calor situadotras el reactor. Hay una corriente de alimentacin de etileno fresco. La corriente de gas de

reciclo, la alimentacin de cido actico fresco, y la corrientelquida de cido actico de reciclo

se introducen en el evaporador, donde se emplea vapor para vaporizar el lquido. La corriente

gaseosa obtenida en el evaporador es despus calentada hasta la temperatura deseada de

entrada el reactor. Se aade oxgeno fresco a dicha corriente gaseosa antes de introducirla en

el reactor para mantener la composicin de oxgeno en la corriente de reciclo de gas fuera de la

regin de explosividad.

La columna de destilacin azeotrpica separa el acetato de vinilo y el agua del cido actico no

convertido. El producto de cabeza es condensado con agua de refrigeracin y el lquido es

enviado al decantador, donde se separan el acetato de vinilo y el agua. Los productos orgnicos

y acuosos son enviados a un posterior refinamiento en otra seccin de destilacin. Ignoramos

los pasos de separacin adicional requeridos para producir acetato de vinilo con la suficiente

pureza. El producto de cola de la columna de destilacin contiene cido actico, parte de esta

corriente se recircula al vaporizador junto con cido actico fresco. Otra parte de la corriente

de cola constituye el cido de lavado empleado en el absorbedor despus de ser enfriada.


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7.- DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO


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8.- BALANCE DE MASA

Se tiene las reacciones qumicas globales:

CH + CHCOOH + O CHCHOCOCH + HO

CH + 3O 2CO + 2HO

De la reaccin :

CHCOOH necesario para la conversin:

n CHCOO H (100) = 60(100) = 214.29 Kgn CH 28

CHCOOH consumido:

n CHCOOH (94) = 60(94) = 201.43 Kgn CH 28CHCHOCOCH obtenido:

n CHCHOCOCH(94) = 86(94) = 288.71 Kgn CH 28

CH necesario:

n CH (94) = 28(94) = 30.60 Kgn CHCHOCOCH 86O necesario:

n O (94) = 32(94) = 107.43 Kgn CH 28HO formado:


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n HO (94) = 18(94) = 60.43 Kgn CH 28

De la reaccin :

CH necesario:

n CH (94) = 28(94) = 59.82 Kgn CO 44O que reacciona:

n O (59.82) = 32(59.82) = 68.37 Kgn CH 28CO formado:

n CO (94) = 44(59.82) = 94.0 Kgn CH 28HO formado:

n HO (59.82) = 18(59.82) = 38.46 Kgn CH 28 GUIA: Daz Bravo, Pablo. Balance de Materia y Energa-Problemas Resueltos. 3ra.Ed.

1997. Pgs. 88-89.

De la reaccin :

Si: 30.60 Kg CH 94% 100% = 32.55 Kg CH

Si: 107.43 Kg O 94% 100% = 114.29 Kg O

De la reaccin :


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Si: 59.82 Kg CH 94% 100% = 63.64 Kg CH

Total Kg de los reactantes y productos:

CH = (63.64 + 32.55) Kg = 96.19 Kg

CHCOOH = 214.29 Kg

O = (114.29 + 68.37) Kg * (13.4% / 100%) = 24.48 Kg

CHCHOCOCH = 288.71 Kg

CO = 94.0 Kg

HO = (60.43 + 38.46) Kg = 98.89 Kg

Convirtiendo las masas a moles:

CH = (1 Kgmol * 96.19 Kg / 28 Kg) = 3.44 Kgmol

CHCOOH = (1 Kgmol * 214.29 Kg / 60 Kg) = 3.57 Kgmol

O = (1 Kgmol * 24.48 Kg / 32 Kg) = 0.77 Kgmol

CHCHOCOCH = (1 Kgmol * 288.71 Kg / 86 Kg) = 3.36 Kgmol CO = (1 Kgmol * 94 Kg / 44 Kg) = 2.14 Kgmol

HO = (1 Kgmol * 98.89 Kg / 18 Kg) = 5.49 Kgmol

Fracciones Molares de Alimentacin:

CH = 3.44 = 0.442

CHCOOH = 3.57 = 0.459

O = 0.77 = 0.099

7.78 1.000


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Fracciones Molares de los Productos:

CHCHOCOCH = 3.36 = 0.306

CO = 2.14 = 0.195

HO = 5.49 = 0.499

10.99 1.000

BASE DE CLCULO: 100 Kgmol/h DE ALIMENTACION:

Multiplicando por 100 las fracciones, se tiene:

CH = 44.2 Kgmol/h.

CHCOOH = 45.9 Kgmol/h.

O = 9.9 Kgmol/h.

Multiplicando por 100 las fracciones de los Productos, se tiene:

CHCHOCOCH = 30.6 Kgmol/h.

CO = 19.5 Kgmol/h. HO = 49.9 Kgmol/h.

9.- BALANCE DE ENERGIA

Datos: T = 140C

T = 159C

Capacidades calorficas y entalpas de formacin de los reactantes y de los productos:

Cpi Hf

CHCOOH = 109.8 KJ/Kg.mol.C --484.5 KJ/mol

CH = 55.25 KJ/Kg.mol.C 52.51 KJ/mol

O = 30.51 KJ/Kg.mol.C 0

ACETATO = 132.3 KJ/Kg.mol.C --316.103 KJ/mol


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HO = 34.92 KJ/Kg.mol.C --241.818 KJ/mol

CO = 42.29 KJ/Kg.mol.C --393.509 KJ/mol

H(sale) H(entra) = (nH + nH + nH) (nH + nH+ nH)

+(nCp + nCp + nCp)dT -(nCp + nCp + nCp)dT

Ecuacin obtenida del texto:

Himmelblau, David M. Principios Bsicos y Clculos en Ingeniera Qumica. 6ta ed.Prentice-Hall Hispanoamericana S. A. 1997. Pg. 444.

Para el CHCOOH = (45.9 Kgmol/h*--484.5 KJ/Kgmol) = --22238.55 KJ/h

Para el CH = (44.2 Kgmol/h* 52.51 KJ/Kgmol) = 2320.94 KJ/h

Para el O = (9.9 Kgmol/h* 0) = 0

Para el HO = (49.9 Kgmol/h*--241.818 KJ/Kgmol) = --12066.72 KJ/h

Para el CO = (19.5 Kgmol/h*--393.509 KJ/Kgmol) = --7673.43 KJ/h

Para el Acetato = (30.6 Kgmol/h*--316.103 KJ/Kgmol) = --9672.75 KJ/h.

Para el CHCOOH:

Q = 45.9 Kgmol 109.8 KJ (159 140) C = 95756.58 KJ/h.h Kg.mol.C

Para el CH:

Q = 44.2 Kgmol 55.25 KJ (159 140) C = 46398.95 KJ/h.

h Kg.mol.C

Para el O:

Q = 9.9 Kgmol 30.51 KJ (159 140) C = 5738.93 KJ/h.

h Kg.mol.C

Para el HO:

Q = 49.9 Kgmol 34.92 KJ (159 140) C = 33107.65 KJ/h.


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h Kg.mol.C

Para el CO:

Q = 19.5 Kgmol 42.29 KJ (159 140) C = 15668.45 KJ/h.

h Kg.mol.C

Para el Acetato de Vinilo:

Q = 30.6 Kgmol 132.3 KJ (159 140) C = 76919.22 KJ/h.

h Kg.mol.C

Reemplazando en la anterior ecuacin:

H(sale)H(entra) = (--29412.9 + 19917.61) KJ/h + (125695.32 147894.46) KJ/h

= --31694.43 KJ/h.

10.-CONCLUSIONES

La reaccin es altamente exotrmica de la cual se puede aprovechar la energa. El porcentaje de conversin del etileno se ha supuesto por datos experimentales 94%. De acuerdo al balance de masa podemos deducir que a ver una pequea generacin

de residuos.


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ANEXOS

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