DISEÑO DE UN REACTOR QUÍMICO PARA LA OBTENCIÓN DE ACRILONITRILO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

SEMINARIO DE ACTUALIZACIÓN CON OPCIÓN A TITULACIÓN

DISEÑO, SIMULACIÓN Y CONTROL DE REACTORES QUÍMICOS.

“DISEÑO DE UN REACTOR QUÍMICO

PARA LA OBTENCIÓN DE ACRILONITRILO”

P R E S E N T A N

CU MORLAN SUSANA JAHEL

FLORES CHUMACERO AURORA ISAURA

FLORES VARELA ERICK ALEJANDRO

SAUCEDO HERNÁNDEZ LIZET JAZMIN

DR. ROMAN RAMÍREZ LÓPEZ.

MÉXICO D.F. 9 JUNIO DE 2011

ÍNDICE

Resumen 3

Introducción 4

Generalidades 5

Síntesis de Acrilonitrilo 5

Propiedades Fisicoquímicas 5

Reacciones de Acrilonitrilo 7

Diagrama de Bloques 12

Diagrama de Flujo 13

Usos del Acrilonitrilo 14

Procesos existentes para la fabricación

de Acrilonitrilo 17

Proceso Sohio 23

Criterios de selección 25

Estudio de mercado y localización de la planta 26

Determinación de la capacidad de la planta 29

Descripción del Proceso 30

Descripción detallada del proceso 32

Balance de materia y energía 34

Balance de materia 36

4.2.2. Balance de energía 38

Especificación del equipo 39

Reactor 40

Consideraciones de seguridad 43

Simulación 48

Tabla de resultados 60

Análisis de resultados 75

Conclusiones 76

Bibliografía 77

Anexos 78

RESUMEN

El auge que ha tenido el mercado de las fibras sintéticas y hules de nitrilo, ha provocado un incremento de la demanda de acrilonitrilo, siendo necesario proyectar una planta que satisfaga tales requerimientos, además de contribuir a la exportación de productos petroquímicos mexicanos. Para obtener las fibras sintéticas y hules de nitrilo, se lleva a cabo la polimerización del acrilonitrilo, siendo éste un compuesto muy reactivo debido a los grupos que lo forman, los cuales pueden reaccionar entre sí o con otro tipo de moléculas.

En la actualidad existe una gran diversidad de procesos para la obtención de acrilonitrilo, los cuales se clasifican, de acuerdo a la materia prima que utilizan, en:

Los que no usan propileno

Los que si usan propileno

De estos se seleccionó el proceso SOHIO por ser el que proporciona mayor rendimiento, alta pureza y menor costo de producción, está formado principalmente por tres secciones:

Reacción

Recuperación

Purificación

Con el objeto de evitar posibles averías del equipo por una operación incorrecta, se deberá seguir un procedimiento adecuado para iniciar la operación de los equipos y los servicios requeridos en el proceso, así como para efectuar un paro normal cuando se lleve a cabo la limpieza, mantenimiento e inspecciones periódicas de seguridad.

En caso de presentarse condiciones inseguras que pudieran afectar tanto al personal como al quipo, se podrá llevar a cabo un paro de emergencia.

La naturaleza tóxica y flamable de los compuestos que intervienen en el proceso, hacen que se ponga un mayor cuidado en seguir correctamente las normas de seguridad establecidas.

INTRODUCCIÓN

Después del polipropileno, el derivado más importante del propileno es el acrilonitrilo, que, al igual que el propileno, es un monómero de partida para la obtención de homo y copolímeros, empleados como materias primas en la fabricación de productos indispensables en la vida actual tales como:

Fumigantes

Cauchos

Plásticos

Suelas y Tacones

Partes de automóviles

Fibras sintéticas

Colorantes

Productos farmacéuticos

Aislantes de alambres eléctricos

Teléfonos e instrumentos relacionados

Lodos de perforación

El acrilonitrilo, por ser derivado del petróleo, resulta ser más económico que los compuestos a los que sustituye en la fabricación de los productos anteriormente mencionados, lo cual hace que los precios de estos productos sean más accesibles para la comunidad, tomando en cuenta que la carestía es cada día mayor y la población mexicana aumenta continuamente.

Uno de los objetivos de este anteproyecto es satisfacer la demanda nacional de acrilonitrilo, evitando la fuga de divisas que ocasiona su importación.

GENERALIDADES

Al acrilonitrilo (CH2=CH-CN) también se le puede nombrar:

Cianuro de vinilo

Nitrilo del ácido acrílico

En la antigüedad no tenía ninguna aplicación técnica, de hecho era considerado como una curiosidad de laboratorio, hasta que los alemanes, en el año 1930, empezaron a utilizarlo en copolímeros junto con butadieno, para fabricar hules sintéticos y elastómeros resistentes a los aceites.

En los Estados Unidos se utilizó como autosellante y recubrimiento interior de tanques de gasolina, por su gran resistencia mecánica, elasticidad y resistencia al combustible.

Posteriormente se observó que el acrilonitrilo se polimeriza con facilidad, debido a que en su molécula se tienen atracciones dipolo-dipolo poderosas. Las moléculas de poliacrilonitrilo son largas, delgadas, filiformes y se hallan estiradas una al lado de la otra, características que determinan que se trata de una fibra, lo cual dio como resultado que se le diera entrada al campo de las fibras sintéticas.

SINTESIS DEL ACRILONITRILO

El acrilonitrilo fue preparado por primera vez por Moureu en 1893, a partir del etilen cianhidrina o también de acrilamida, eliminando agua por reacción con pentóxico de fósforo.

P2O5

CH2(OH)CH2CN

CH2=CH-CN + H20

Etilen cianhidrina

P2O5

CH2CHCONH2

CH2=CH-CN + H20

Acrilamida

En marzo de 1957, James D. Idol, descubrió la reacción

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