Casos de procesos industriales para diagramas de flujo

CASOS DE PROCESOS INDUSTRIALES PARA LA ELABORACION DE DIAGRAMA DE FLUJO

CASO 1: El proceso Mobil MTG

El proceso de metanol a gasolina (MTG por sus siglas en inglés) fue desarrollado por Mobil a inicios de la década de 1970 y ofrece una alternativa para reducir la dependencia de importaciones de petróleo crudo. El metanol puede ser fabricado a partir del gas natural mediante el proceso de reformación con vapor de agua y subsecuente síntesis.

Hay tres etapas involucradas en el proceso MTG:

 Síntesis de la gasolina

 Destilación

 Tratamiento de la gasolina pesada

La regeneración del catalizador también es una parte esencial del proceso MTG.

Síntesis de la gasolina

El metanol crudo es precalentado inicialmente, vaporizado y sobre calentado a 300 – 320 °C en una serie de intercambiadores de calor. El vapor es luego enviado al reactor de dimetil éter (DME), un reactor de lecho fijo que contiene un catalizador de deshidratación (alúmina), donde aproximadamente el 75% del metanol es deshidratado para producir una mezcla en equilibrio de DME, agua y metanol. 2 CH3OH ⇌ CH3O CH3+ H2O

La reacción es rápida, reversible y exotérmica. Aproximadamente 20% del calor total producido en el proceso es liberado en esta etapa. La mezcla de gases que sale del reactor (a 400 – 420 °C) se mezcla con gas de reciclo y pasa a la etapa de conversión. El gas de reciclo, compuesto principalmente de hidrocarburos ligeros, CO2 y H2, sirven para absorber el calor de la reacción. En el reactor de conversión, el que contiene ZSM-5 (un catalizador de zeolita), el DME se continúa deshidratando para producir alquenos ligeros los que por oligomerización (reacción en cadena que une dos o más moléculas de alquenos) y ciclización (formación de cadenas cíclicas) generan los productos finales y liberan el resto del calor del proceso.

El efluente mixto se enfría, con generación de vapor de presión media, precalentando la alimentación de metanol y gas de reciclo, y luego con aire y agua. Contiene aproximadamente 94% de hidrocarburos y 5,6% de agua, en la relación estequiométrica esperada.

La conversión es prácticamente 100%. Cerca de 85-90% de los hidrocarburos pueden usarse como gasolina, el resto es gasóleo. Pequeñas cantidades de CO, CO2 y coque se forman como subproductos, este último se deposita en la superficie del catalizador y rellena los poros, lo que conlleva a la desactivación del catalizador y a la necesidad de regenerarlo cada 3 a 4 semanas. El coque se quema con una mezcla de aire-nitrógeno a 900 °C. El gas de reciclo, agua e hidrocarburos luego van al separador de producto. El agua se recicla normalmente al reformador (una etapa de la producción de metanol), el gas de reciclo retorna al compresor y los hidrocarburos líquidos se envían a la sección de destilación.

Destilación

Los hidrocarburos del proceso MTG se refinan en tres columnas de destilación. Una porción de loa hidrocarburos ligeros y más volátiles y algo de agua se retiran en la primera columna. La segunda columna retira el resto de los hidrocarburos ligeros, los que se enfría para producir GLP. También se recupera un componente de mezcla de la gasolina de alta presión de vapor. La gasolina luego se separa en gasolina ligera y gasolina pesada en la tercera columna. La gasolina ligera se almacena y la fracción pesada se envía a la unidad de tratamiento.

Tratamiento de la gasolina pesada

La gasolina sintética pesada producida por el proceso MTG contiene 3-6% de un componente conocido como dureno (1,2,4,5-tetrametilbenceno), el que tiene un alto punto de fusión (79 °C) y causa el bloqueo de carburadores, inyectores y conductos de gasolina en el automóvil. La alta concentración de dureno se reduce en la unidad de tratamiento de gasolina pesada, convirtiendo este componente en otros de menor punto de fusión, por ejemplo el isodureno (1,2,3,5-tetrametilbenceno) con punto de fusión –23.7 °C.

Con la información anterior representar el diagrama de flujo para la fabricación de gasolina a partir del metanol.

CASO 2: Producción de sal de mesa y sales de baño a partir de la salgema.

La salgema es cloruro de sodio más o menos puro obtenido por métodos de minería y de minas. La Sal común es cloruro de sodio de pureza comprendida entre 97 a 99% obtenida por evaporación de disoluciones acuosas de sal. Salmueras son disoluciones naturales o artificiales de cloruro de sodio de diferente concentración y grado de pureza.

Uno de los métodos para la obtención de sal es por evaporación del agua en grandes pozas de poca profundidad que contienen agua de mar, utilizando el calor del sol. La salgema obtenida contiene además del cloruro de sodio, otras sales disueltas y variedad de impurezas como arena, algas, pequeños crustáceos arrastrados al bombear el agua de mar, etc.

Para la producción de la sal de mesa se hace necesario someter a la salgema a una laboriosa purificación para eliminar las impurezas. El proceso se inicia con el tratamiento en tanques de disolución con agua caliente y se sedimentan las partículas de insolubles que se separan. La solución que contiene sólidos no sedimentables, se filtra y se lleva a sobresaturación salgema en forma controlada. De la fase decantada se separan los materiales insolubles por medio de filtros prensa y las aguas saladas continúan su proceso.

La solución salina saturada, caliente y transparente se pasa a un tanque de precipitación continuo, y se añade lechada de cal y disolución de sulfato sódico. Se produce hidróxido de manganeso que precipita y la solución se decanta a un segundo tanque de precipitación. De tiempo en tiempo, se deja salir la suspensión por la parte inferior y se separa en un filtro prensa y el filtrado se envía al segundo tanque de precipitación. En este tanque la disolución se trata con sulfato amónico y se inyecta dióxido de carbono con objeto de precipitar las sales cálcicas formadas por la reacción con la lechada de cal, que se eliminan por separación en un filtro prensa.

La disolución purificada y clara que se decanta por la parte superior del tanque de precipitación contiene NaCl y (NH4)2SO4 fácilmente soluble. Se concentra y se lleva a un cristalizador para separar NaCl, las aguas madres se reciclan al segundo tanque de precipitación o se utilizan para elaborar sales de baño en forma de cristales.

Los cristales de sal todavía húmedos se secan, se muelen y solo los cristales de malla 70 a 80 se mezclan con yodato de sodio, y envasa para su comercialización como sal de mesa.

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