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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA

CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

I .

P .

H

L A B O R A T O R I O D E P R O C E S O S Y D I S E O D E P R O C E S O S

R E P O R T E T E R M I N A L

J

S I N T E S I S D E L C A T A L I Z A D O R F O S F A T O D E V A N A D I L O

PROFES0R:ING. URIiEL ARECHIGA VIRAMONTES

A S E S 0 R : D R . T O M A S V I V E R O S G A R C I A

ELABORARON:

SALMERON CARDENAS, LAURA OLIVIA

ZAMORA HERNANDEZ ARACELI

-

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2/86

L

INDICE

.

7

TEMA

PARTE I ......................................... 1-7

1. i.Usos Princ ipal es

1.2.Consumidor principal

1.3.Volumen ac tu a l y potloncial

1.4.Materias primas. ........................... . 3

1.5.Reaccionec importantes..

...................

4

1.6.Capacidad a instalar .

...................... .6

1.7.A. Inversin f i j a

1.7.

B. Capital de trabajo

1.7.C.Monto de

la

inversitjn

1.8.Personal

1.9.Costo de produccin..

......................

.7

1.lO.Ganancia anual

PARTE I 1........................................ 8-13

2.1.Propiedades f isicas

y

quimicas..

...........

8

2.2.Proceco de obtencin.. ..................... .9-12

2.3.Diagrama de flujo del

proceso seleccionado..

...................

13

PARTE

111..

................................... .14-17

3.1.Antecedentes y proyecciones ..............14-15

3.2.1.Ucos..

..................................

.16

3.2.2.Usuarios

3.3.Sustitutos y cucedaneos

3.4.Capacidad de la planta

3.5.Ubicacin de la planta. . .................. 16-17

PARTE I V . .

.....................................

.18-23

4.1.Objetivo

4.2.Resultados..

.............................. .18-20

4.3.Rendimiento.. ............................. .21

4.4. Baseses de diseo..

.......................

.21-23

PAGINA

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3/86

.

b

PARTE V

........................................

24-38

5.1.Diagrama de flujo

5.2.Diseo

de

equipo ......................... .2

5-26

5.3.Lista de equipo auxi1ia.r

..................

2

-29

5.4.1. Bombas

.................................. .3

0-31

5.4.2.Vlvulas................................. .32-34

5.4.3. Instrumentos de control

Controlador de temperatura ............... 5

Controlador de flujo

.....................

36

Tuberia .......................................

37

5.5.Espacio necesario..........................

38

PARTE V I

.......................................

39-40

Personal necesario

PARTE VI1.....................................

. 4

1-43

7.1.Versin fija

7 .2 .Capita l de t raba jo

........................

42

7.3.Tasa

de re torno

7.4.Ganancia anual

APENDICE A .................................... .4

6-57

Resultados experimentales

APENDICE B ....................................

.5

-63

Bibliografia

...................................

64

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4/86

I

INTRODUCCION

El

anhdrido malico es un compuesto qumico que se

usa

e n

la produccin industrial de sustancias como son resinas de

polist vr, resinas para revestimientos alquidicos, produccin

de cido fumrico, pesticidas, conservadores para aceites

y

grasas,

papel, resinas de prensado permanente,farmaceticos,

fer til iza nte s; en sn tesi s Diels-Alders, reacciones de

copoiimerizacin, etc. Por 101 tanto, la obtencin de anhdrido

malico es de inters

a

nivel industrial,

y a

que como se mencion

es un producto que interviene en la sntesis de importantes

produ ctos quimicos.

Los mtodos de obtencin de anhdrido malico son reacciones

de oxidacin cataltica clue involucra la presencia de

catalizadores complejos como fosfato de vanadio, combinado en

algunos casos con hierro,titania u otros componentes.Encontrar

u n

catalizador que proporcione actividad

y

selectividad

a

anhdrido

malico satisfactorias es un trabajo que debe tener una especial

atencin en el campo de

la

ingeneria.

El

anhdrido malico fii obtenido por primera vez por

Vauquelin en 1817, cuando someti el cido malico,

HOOCCHOHCHzCOOH, a la destilacin seca

y

result un sublimado

crista lino. Adems del anhd rido malico se obtuvo cido malico

y "paramalico" (fumrico).

Weiss

y

Downs en 1920 descubriern

la

oxidacin cataltica en

fa se vapor del benceno para producir industrialmente el anhdrido

malico.El catalizador representativo comprende VzO5 y Moo3 en

razones molares cercanas

a 2 y

una pequea cantidad de

Na20,soportado en almina.La reaccin se llev a cabo en un

reactor multi tubular de cama f i ja . La reaccin

es

altamente

exotrmica.Normalmente se ha logrado de un 97-98% de conversin

.y

una selectividad del 74%.

El

procedimiento tradicional para la obtencin de anhdrido

malico

es

mediante

la

oxidacin cataltica de benceno.

> C4HZ03

+4

HzO

+

4 COZ

CbH5 + 9 0 2 -------_--__-

v205

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5/86

Todas las plantas para oxidacin de benceno

a

anhdrido

malico usan lechos fijos multitubulares, la reaccin se lleva a

cabo en u n rango no explosivo.

1Jn nuevo proceso para manufactura de anhdrido malico

se h a

desarrollado con base en la oxidacin catalltica en fase vapor de

n-butano, I-buteno o 2-buteino.Los cat ali zad ore c empleados son

normalmente fosfato de vanadio, en algunos casos contiene hierro,

t i tan ia u otros elementos.

Recientemente los factores econmicos

y

ambientales hacen

m s atractivo el proceso medliante la oxidacin de n-butano con

respecto a la oxidacin del benceno.Estos factores son:

1.-El rpido incremento en los: precios del benceno comparado con

los

precios del n-butano.

2.-La can tid ad de benceno emitida al medio a disminuido,mientras

que la demanda de anhdrido malico ha incrementado.

3 . - E I desarrollo de mejores catalizadores para

la

obtencin de

anhdrido malico a partir de ri-butano.

Se ha puesto en marcha,por Amoco,una planta comercial para

obtener anhdrido malico por oxidacin cataltica de

n-butano.Este mtodo ha sido desarrollado por varias compaias,

incluyendo Mitsubishi en Japn , Bayer y BASF en Alemania.

Mitsubishi pus en operacin una planta comercial en 1971.El

catalizador preferido

es

el pentxido de vanadio u ox idos de

vanadio-fosforo.La ventaja es que la cama f luidizada opera

generalmente,

a

temperaturas fciles de controlar y reactores

baratos de construir y de fcil mantenimiento.Una desventaja es

que el

proceso opera dentro de rangos explosovos.

v-P-o

> O H 2 0 3 + 8

H20

C4Hio

+

7 0 2-----_-------

LOS OXIDOS

DE

V A N A D I O

FOSFORO

0 -P-O) tienen

u n a

aplicacin

especial como catalizadores para

la

oxidacin selectiva del

hidrocarburo de 4 carbonos a anhdrido malico. Se presentan

diferentes fases dependiendo de

la

calcinacin, de

la

naturaleza

de

los

precursores, de la atmosfera gaseosa durante

la

calcinacin y del contenido de fosforo.Algunas de

las

fases

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6/86

I

ex ist en te s SOn:a-VOP04, P-VOPO4, (VO)ZP207, P - ( V O ) ~ P ~ O ~ , V O ( P O ~ ) Z ,

6-VOPO~,a-VOPO4,a-(VO)zPz07,etc.Mediantel uso de tcnicas

como

son

espectroscopia de laser raman in

s i t u se

ha encontrado que la

fa se p-Vop04

y

(vo)ZPzO7 presentan estabilidad bajo condiciones

de oxidacin de n-butano

a

anhcirido malico.

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7/86

e

P A R T E I

R E S U M E N Y C O N C L U S I O N E S

EL PRODUCTO

1.1.USOS PRINCIPALES

El p-VOPO4

es

un catalizador usado en

la

produccin de

anhdrido malico

a

partir de la oxidacin parcial de n-butano.Se

requiere esta fase en especial dada

su

actividad

y

selectividad a

anhdri do malico.

El catalizador puede ser utilizado para producir acroleina a

par t i r de

la

oxidacin parcial de propileno,asi como para

producir cido acrlico.Confor-me el contenido de fosforo se

incrementa en el

V 2 0 5

la actividad a acroleina decrece, mientras

que la selectividad a cido acrl.ico se incrementa.

D e las razones de P/V (fosforo/vanadio) depende la

selectividad del n-butano a anhdrido ma1ico;de propano a cido

acr1ico;de cido metacrlico a metacroleina; de propileno

a

acroleina. cido acrlico,cido actico y oxidos de carbono.

1.2.CONSUMIDOR PR INCIPAL

El principal consumidor del catalizador podra ser

DERIVADOS

MALE1COS.Dado que

esta

compaia produce el anhdrido malico

empleando el mtodo tradicional.

1.3.VOLUMEN ACTUAL Y POTENCIAL

El volumen actual del catalizador

esta

dado por la

produccin de anhdrido malkico en Mxico sumado con

las

importaciones del mismo.De acuerdo con

la

informacin obtenido

del Anuario Estadictico de la Indu str ia Qumica Mexicana.ed. 1990.

N0TA:Dado q ue el catali zador

no

se produce en

el

pals

no

fue

poslble determinar la cantidad

en

pesos.

Volumen actual (ToneladadAnuales)

Anhdrido malico Cata1 zador

8,500

49.506

1

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8/86

El

volumen potencial

esta

dado por ia produccin actual de

anhdrido malico en el pas.

Volumen potencial (Toneladas/Anualec)

Anhdrido malico Catal izado r

5,000 29.121

2

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9/86

EL PROCESO

1.4.MATERIAS PRIMAS

Pk'NTOXIDO DE VANADIO.

t'205.

Peso molecular 181.884gr/grmol.

Polvo cristalino, amarillo rojo; punto de fusin 69OoC;

descompone

a

175OOC; soluble en cidos

y

lcalis; poco soluble en

agua.Concentracin mxima permiscible: polvo 0.5mg/mt3 y

vapbi es O.lmg/mtJ en air e.E s muy t xi co por inhalacin

e ingestin.

PATOL0GIA.Irritante;puede inferir en el metabolismo de

cidos aminosulf urados.

Sintomas generales. Produce malest ar y prdida de peso.

Sintoma s 1ocales.Conjunt ivitis; irri taci n de la piel;

renitis con estornudo y epistaxis.

Respiratorios:Dolor en el pecho; tos; aliento asmtico;

bronquitis crnica.

Gastrointestinales.Aumento de salivacin; coloracin verde

de la lengua; nuseas y vmitos;, contra ccione s abdominales.

Sistema Nervioso Central.Dolor de cabeza.

Tratamiento.Lavado de ojos con agua; lavado gstrico si

se

ha ingerido,seguido por un purgante salino.

Medidas Preventivas. Ventilacin adecuada; ga fa s prot ect oras ;

reforzar la limpieza personal.

ACID0 O-FOSFORICO. H3P04. Peso molecu lar 98g r/grmol. Liquido

brillante, incoloro, inodoro

slido cristalino transparente,

depende de la concentracin y temperatura.A temperatura de 2OoC

los cidos de concentracin 50 y 75% son l iquidos mvibles, el

85 es de consistencia sirposa

:y

el del

100%

se presenta en forma

de cr is ta le s; peso e speci fico 1.834 (18OC); punto d e fusin

42.35OC; pierde 112

H 2 0 a

213OC(para formar cido pirofosfrico);

soluble en agua y

en

alcoho1;corrosivo

para

los

m e ta l e s f e r r i c o s

y aea ciones .Dens idad d 1.874 (soln.100%) 1.685 (soln. 85 );

1.333 (soln.

50 ).

25

3

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10/86

Moderadamente txico por ingestin e inhalacin. Irri tante

3

pa ra

los

ojos

y

la piel.Tolerancia lmg/mt

en aire.

P r ,duce conjuntivitis, quernaduras de

la

piel, irritacin del

tract0 rtyspiratorio,nuseas y vmito, dolor abdominal y diarrea.

Tratamiento.Lavado de ojos con agua; lavado con agua y jabn

de

las

partes contaminadas; tratamiento ordinario de las

quemaduras de la piel; lavado gstrico si se ha ingerido.

Procure ventilacin adecuada.

ALCOHOL BENCILICO.C6H5CHzOH. Peso molecul ar 108.13gr/grmol.

Liquido transparente con ddil olor; punto de ebullicin 206OC;

punto de inflamacin 96OC; dgo 1.0453; d4' 1.0415; indi ce de

refraccin de 1.538-1.540.Algo soluble en agua; miscible en

alcohol, t er , cloroform o.Temperai tura de autoignicin 436OC.

Combustible, poco txico.

ALCOHOL ISOBUTILICO. (CH312CHCH20H. Peso molecular 74.12

gr/grmol.Liquido incoloro.Soluble en agua, alcohol y ter; punto

de ebullicin 107OC; punto de inflamacin 38OC (vaso abierto);

punto de fusin -108OC;

indice de refraccin 1.397 (15OC); punto

de autoignicin 428OC; d15.

0.806.

Inflamable ; riesg o de incendio peligroso. Moderadamente

txico; fuer te i r r i tante para la p ie l

y

membranas mucosas; y

en al ta s concentracio nes, nar cotico.Toler ancia IOOppm en el aire.

SUBPRODUCTOS

ALCOHOL ISOBUTILICO

1.5.REACCIONES IMPORTANTES

1.Reduccin del vanadio

11.Adicin de

f

osforo

111. Calcinacin

1.Reduccin del vanadio.

La fuerza del agente reductor determin el estado de

oxidacin promedio de el pre cur sor , (v2051,

y

juega un papel

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11/86

importante en

la

determinacin de la temperatura a la cual el

catalizador debe de ser activado.

El uso de solventes orgn.icos puede llevar al incremento del

rea

superficial seguido del mejoramiento cataltico.

1I:Adicin de fosforo.

Al agregar fosforo al catalizador de xido de vanadio

disminuye

por

lo general la actividad, pero se incrementa

la

selectividad para la formacin de anhdrido malico desde

n-butano.Cuando el fosforo

se

presenta en razones

P/V

prximas

mayores que la unidad el estado de oxidacin +4 del vanadio se

estab i l iza temperaturas a l tas

tie

calcinacin en aire.El exceso de

fosforo exhibe

este

efecto

d.e

estabilizacin independientemente

s i

es

coprecipitado con e l' componente de vanadio

I

mezclado

mecnica mente con un precu rsor el cual tiene una raz n P/V menor

que la unidad.

111.

Calcinacin.

Durante la calcinacin

se

presentan transformaciones

quimicas,f isi cas y f isicoquimicas,, ale s como:

-Creacin de textura, generalmente macroporosa, por destruccin

eliminacin de las sustancias viatiles adicionadas.

-Modificacin de textura por sinterizacin, es decir,

transformacin de particulac o cristales pequeos aglomeradas de

mayor dimensin.

-Modificacin de

la

estructura por sinterizacin, como resultado

de un transporte de materia por fusin.

-Reacciones quimicas de descomposicin trmica, tanto de los

agente s activos como de los precursores.

Cuando la calcinacin

es

menor de 380

C

el exceso de fosforo

permanece

e n

la superficie como

Poi3;

ar r iba de

esta

temperatura

el fosforo en tra

al

slido para estabilizar

el

estado

+4

por

reaccin en estado slido.

O

5

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12/86

1.6.CAPACIDAD A INSTALAR

Tomando en cuenta el proyecto de ampliacin de DER IVADOS

MALEICOS, se

determin la capacidad

a

instalar para

la

produccin

del cata1 zador, que cubrir dich.a demanda.

Capacidad (toneladac/anualesl

Anhdrido maleic0 Catal izador

30,000 134

1.7.A.INVERSION FIJA

Esta dada por la suma total del costo del equipo de

proceso.

CFC= $ 6,740,526,000.00

1.7.B.CAPITAL

DE

TRABAJO

Se considera un 20% del

l a

inversin f ija para casos en

los

que

la

materia prima y el equipo son costosos.En este caso

se

utili za equipo de ace ro inoxidable de alt o costo.a

Cwc= $ 1,349,600,000.00

1.7.C.MONTO

DE

LA INVERSION

Es

la suma de capitales f ijo

y

de trabajo .

C T C =

$

8,090,126,000.00

1.8.PERSONAL

Personal

Gerente Gral.

Gerente de vtas.

Contador

1ng.Quimico

Tcnico

Secretar ia

Obreros

Nmero

1

1

1

2

1

1

6

aDISEfiO Y ECONOMIA DE L OS PROCES OS

UIMICOS DE LA ING QUIMICA

GAEL D.

U L R ~

6

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1.9.COSTO

DE PRODUCCION

Capacidad

(toneladas/anuaies)

Mxima

Media

Minima

1.lO.ClANANCIA ANUAL

Capacidad

(toneladas/anuales)

Mxima

Media

Minima

Costo de produccin

(pesos/anuales

1

3,313,728,088.00

2,333,998,088.00

1,392,278,088.00

Ganancia

(pesos/anuales)

1,988,220,000.00

1,400,340,000.00

835,362,000.00

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14/86

F'ARTE I1

EL P R OD U C T O Y SUS CARACTERISTICAS

2.1.PROPIEDADES FISICAS

Y

QIJIMICAS DEL PRODUCTO

FOSFATO DE VANADiLO.p-I~OP04.Pecomolecular 162gr/gr mol. Polvo

de color amarillo, inodoro; poco soluble en agua,soluble en

cidos fuertes ( HC1,

H z S 0 4 )

empleando calentamiento.

Punto de fusi n en el rango de 500-600C con posible

descomposicin.Area superficial 6.82 m

/gr;

contenido de vanadio

70.3 ppm, contenido de fosforo

1.55

ppm.

2

Estructura cris talina

Reacciona principalmente con el n-butano y 1-buteno para

producir anhdrido malico. Y con el propileno para producir

acroleina.

n-butano

a

nhidr

ido

m a eico

Es muy activo a bajas temperaturas (310C).Presenta una alta

selectividad (60 %) con una b aj a conversin.

8

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15/86

VOP0,rj

L

-.

F'1

G. 2.7.

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16/86

Muy irritante para las mucosas.Evitar aspirar

el

polvo.Se le

atribuyen propiedades corrosivas debido a la presencia del

vanadio y

el

fosforo.

2.2.PROCESO

DE

OBTENCION.

Existen varios mtodos generales, de preparacin del @-VOPO4.

I ) Fusin

11) Mdio Acuoso

i

Evaporacin

i i Filtracin

111) Mdio Orgnico

Ademas cada uno de lo:; anteriores puede emplearse con

diferentes precursores agentes reductores, asi cmo diferente

temperatura y atmosfera de c:alcinacin.Como

se

muestra en la

f igura 2 . P

9

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17/86

n

?

L

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18/86

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19/86

Los mtodos empleados en el laboratorio fuern los

siguientes:

FUSION.La fase fi-VOP04 se prepar por reaccin estado slido,

empleando como precursores al fosfato de arnonio monobsico

(NH4HzP04) y pentxido de vanadio

(VzOs).

os slidos precursores

se

pulverizan, y mezclan en proporciones estequiornetricas

apropiadas (P/V=l).La mezcla

se

t ransf iere

a

un crisol y

se

calcina bajo un flujo de oxigerio

a

2OO0C por 4 hrs.El producto

se

retira del horno y se homogeiniza por molienda, se regresa a l

horno y la temperatura se aumenta a 4000C por 4 hrs.; despues

se aumenta a

6OO0C

por 12 hrs.La velocidad de enfriamiento fu de

40C/hr.

M E D I O ACUOSO.

a)Se adicion el VzO5 al cido lctico en agua y

la

suspensin se refluja con a.gitacin constante por 16 hrs.Se

adiciona cido fosforico al

8 X

y esta solucin se refluja por 4

hrs.El solvente se evapora agitando constantemente y el material

slido resultante se calcina a 773'K por 16 hrs en aire.La

cantidad de cido fosforico adicionada depender de la razn P/V

deseada.

b)Se disuelve el

VzO5

en una solucin de cido oxlico

caliente, posteriormente se adiciona el fosfato de amonio

monobsico en cantidad esteqiiiomtrica.Se enfria y se f iltra.El

producto se lava con agua

y SE: seca

con acetona.La calcinacin se

lleva a cabo bajo un flujo de oxigeno a 5 0 0 C por 5 hrs.

c)El procedimiento es igu.al que a b),solo que la filtracin

se

sustituyo por evaporacin.

M E D I O OR GA N I C O.

Se

disuelve

el

V205 e n alcohol isobutlico y alcohol benclico.La

suspensin

se

agita constantemente

y

se

refluja por dos horas

y

media.Se adiciona cido fosforico al

85%

emulsificado en alcohol

isobutlico en cantidad necesaria para obtener la razn P / V

requerida y s e agita constantemente.La pasta resultan te

se seca a

11

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20/86

6OoC por

5

hrs.El producto seco se calcina por aumento lento de

temperatura de 380 - 50O0C.La atmosfera de calcinacin es aire.

P a r a los mtodos anteriores

se

prepararn catalizadores con

razones P/V de 0.9, 1, 1.1.

D e

las

experiencias de laboratorio tenemos:

1.Cuando se utiliz el cido lctico como agente reductor

se

obtuv una pasta pegajcsa difcil de manejar, adems del

prDlongado tiempo de reaccin (20 hrs), por lo cul se decidio

descartar ese mtodo.

2.

Empleando el cido oxlico

como

agente reductor, se obtuviern

prdidas de producto al separar por fi l t racin y al calcinar.Por

lo que

se

decidio abandonar la fi l tracin y adoptar

la

evaporacin (le1 solvente.

D e la caracterizacin del catalizador, preparado por medio

acuoso evaporando,fusin y medio

orgnico

se eligi el ltimo y a

que este nos proporciona la mayor rea superficial.Mientras que

los difractogramas muestran :ms claramente la presencia de la

f a se /3 para una razn de P/V=l.

*

Respaldados en

la

literatura aseguramos que con este

catalizador obtendremos la actividad y selectividad deseada

*

VER APENDICE A

12

7/24/2019 UAM6716.pdf

21/86

2.3.DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO SELECCIONADO

ALCOHO BENCILIC O ALCOHOL ISO BUTI LICO

PENTOXICIO

DE

V A N A D I O

R E F L U J O C O N A G I T A C I O N

DURANTE 2 1 1 2 H R S .

E M U L S I O N

AL C ISOBUTILIC O ADICION DE LA EMULSION

ACIDO ;OSFORICO

SECADO DEL. PRODUCTO

-----

ELIMINACION DEL

SO L V E N T E

CALCINACION DEL PRODUCTO

A 5 0 0 C E N A T MO S FE R A D E

AIRE DURANTE

5

HRS.

p - - v o p o

4

FOSFATO DE VANADILO

1 3

7/24/2019 UAM6716.pdf

22/86

P A R T E

111

E S T U D I O D E M E R C A D O

3.1.ANTECEDENTES

Y

PROYECCIONES

Los

antecedentes

y

proyecciones

se

realizarn con base en

la

produccin de anhdrido malico.

D e los datos obtenidos del Anuario Estadistico de

la

Ind us tri a Qumica Mexicana ed. 1990.Ver gr fi ca 3.1.

ARO

CONSUMO APARENTE CONSUMO DE CATALIZADOR

DE ANHIDRIDO M A - (Tn/anual)

LEICO (Tn/anual)

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

4873

6019

494:3

6146

5494

7583

6500

8500

. 7000

9500

28.460

35.056

28.789

35.797

31.998

44.175

37.857

49.506

40.769

55.330

Los costos del catalizador no se incluyen,ya que este no se

produce en Mxico.

Derivados Malicos tiene un proyecto de ampliacin

a 30,000

Ton/anuales con el proposito de cubrir la demanda interna y de

exportar.Con base en este proyecto

se

realiz el diseo de

la

planta para

la

produccin del catalizador,ya

que

con

esto

aseguramos cubrir gran parte de la demanda de este para la

produccin de anhdrido rnalico.

14

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23/86

Todo

lo

anter ior ,suponiendo que la tecnologia adoptada por

Derivados Malicos emplear el n-butano y el catalizador

sintetizado.

-

_

ILES DE

TOPIEiA[3bLS

8

?

6

6

0

84

85

1++1

PRODUCClON *

OPJSUMO APARENTE

GRAFTCA

3.1

7/24/2019 UAM6716.pdf

24/86

3 .2 .USOS Y

USUARIOS

3.2.1.usos

Las caracteristicas piropias del catalizador como

son:actividad y selectividad; lo hacen de uso especifico para

la

produccin de anhdrido malico

a

partir de n-butano, sin embargo

de los datos de

la

l i teratura se sabe que los

oxidos de vanadio

y

f o s f o r o ,

VPO,

pueden

ser

usados para la produccin de los

siguientes productos:

-Acroleins de la oxidacin parcial de propileno

-Acid0 acrlico de la oxidacin parcial del propileno

-Acid0 metacrlico de la o xi da ci h de metacroleina

-Acid0 acrlico de

la

oxidacin

cle

propano

-Acid0 actico

3.2.2.USUARIOS

Se considera que el corisumidor principal del catalizador

s e r DERIVADOS MALEICOS, ya que el catalizador est sistetizado

para

la

produccin de anhdrido malico.

3.3.

SUSTITUTOS

Y

SUCEDANEOS

Los

posibles sustitutos del catalizador pueden

ser:

-El pentxido de vanadio.

-Los xidos de vanadio y fosforo con algn promotor,como son

titania,zirconia

y

molibdeno.

3.4.CAPACIDAD DE LA PLANTA

Tomando en cuenta el proyecto de ampliacin de

DERIVADOS

MALEICOS, se

determin,

la

capacidad de la planta para

la

produccin del catalizador.

Capacidad (Tn/anuales)

134.00

3.5.UBICACION DE LA PLANTA

La localizacin de

la

planta tiene fuerte influencia en el

xito de una industria.Se debe

ser

cuidadoso en la eleccin del

sit io, est a debe localizarse donde ei costo de produccin

y

16

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25/86

distribucin sean minimos ademhs de

otros

factores como son:

-Materia prima.El abastecimiento de la materia prima debe ser

relativamente cercano

a

la planta y de fcil acceso.

El

abastecimiento de los alcoholes sera por parte de PEMEX;

el pentxido de vanadio y el cido o-fosforico

se

importarn de

E.

U.

-Mercado.La cercania y el acceso al mercado es otro de los

factores que

se

debe considerar para

la

ubicacin del proceso.El

mercado

se

localiza en los estados de Veracruz

y

Puebla.

-Disponibilidad de ener gia.

-Clima.El exce so de humedad c) extremos calientes

o

fros pueden

tener serios efectos en la operacin de la planta.

Se requiere de un clima no muy clido debido al manejo de

los

alcoholes ya que el alco'hol isobutlico tiene un punto de

inflamacin de 38'C.Adems se requ iere que

el

producto permanesca

seco,por lo que se propone un sitio con humedad minima.El clima

ms adecuado es uno templado, donde el mes ms fr o presenta una

temperatura mayor a -3 C y menor a 18'C.

Los climas templados en Mxico y aquellos con un volumen

anual de lluvias entre 500-1000mc,son los siguientes:

- Pueb

-Tiaxcaa

-Parte de Michoacan

-Ja sco

-Guana ju at o

-Hida

g o

Por lo tanto estos son los posibles lugares de ubicacin de

la

planta.

17

7/24/2019 UAM6716.pdf

26/86

P A R T E I V

TRABAJO

DE:

INVESTIGACION

4.1.0BJETIVO

El proposito del proyecto fu e sin teti zar el cataliz ador

f sf to de vanadilo$-VOP04,ya que %;te presenta caracter is t icas

propias de selectividad

y

a.ctividad, que lo hacen de uso

especifico para la produccin de anhdrido malico,

a

par t i r de

n-butano.

4.2.RESULTADOS

Los

resultados prtsentados

a

continuacin comprenden el

mtodo seleccionado,es decir,rnedio

orgnico y

razon P/V=l.El

resto de los resultados de

los

dems mtodos y razones realizados

se muestran en el apndice A .

Area

superficial

6.82

( m

/gr de catalizador)

Contenido de vanaclio

( P P m )

Contenido de fosforo

(PPm)

70.3

1.55

18

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27/86

DIFRACCION DE

RAYOS X

20

11.9

17.1

18.6

19.2

20.3

22.4

22.8

24.1

25.6

26.3

28.1

28.8

29.1

30.0

31.6

34.0

34.5

39.6

40.9

41.5

45.5

46.3

d(%

7.437

5.185

4.770

4.623

4.375

4.152

3.900

3.693

3.480

3.315

3.176

3.100

3.069

2.979

2.831

2.637

2.600

2.276

2.206

2.176

1.994

1.961

Intensidad(%)

49.00

25.49

9.80

27.45

2.90

5.80

6.86

7.84

19.60

100.00

17.65

31.21

70.58

19.60

14.70

5.88

2.94

4.90

7.84

6.86

6.86

12.74

19

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28/86

PRUEBA DE ACTIVIDAD

La prueba de actividad

se

re.aliz para la oxidacin parcial de

propileno a acroleina. Se emplearon diferentes temperaturas y

razones de propileno/oxigeno c3/02); obteniendo los siguientes

resultados:

c3/02 =

0.6

Temperatura

OC)

340

370

400

430

c3/02

=

1.14

340

370

400

430

c3 02

=

3.43

340

370

400

430

c3/02

= 5.70

340

370

400

430

N0TA:La prueba de

%

D e conversin

-----

3.9

7.0

20.o

-----

1.55

3.13

9.41

3.7

4.99

5.77

10.95

0.95

6.30

11.02

12.23

% D e rendimiento

de acroleina

----

-----

14.24

9.72

-----

1.29

6.87

6.70

----

O. 60

2.29

4.65

act iv idad no se real izo con el n-Butano, ya que

no se cuenta con el equipo necesar io .

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29/86

4.3.RENDIMIENTO

El rendimento

se

basa en

el

catalizador sintetizado

por el

mtodo de medio orgnico

y

razn P/V.

= 1.

v2oS + CbHSCHZOH

+

(CH3)2CH2OH + 2H3P04

-------

2p-VOP04 +.

.

1

1

REFLUJO

2)CALCINACION

P a r a

la

razn P/V=1

v205 C7H80 C3H90 H3P04

mgrl 5.000 16.922 6.903 5.386

PM

(gr /gr mo l) 181.884 74.12 108.130

98.000

n

grmol) O. 027 O. 228 O. 064 O. 055

Por

lo tan to

el

reactivo limitante es

el

VzOs

-

4

&VOPO

v o

2 5

n

=2nv

o

=O.

055

p - V O PO

4 2 5

m

=O.

055grmol * 162gr/grrnol=8.9gr

p - V O P O 4

Entonces

la

m a s a teorica del S-VOP04

es

8.9gr, mientras que

la

masa

real es de 7.72gr.por lo que el rendimiento es el siguiente:

RENDIMIENTO = (6.72 / 8.9)

* 100 %

=

75.5 %

4.4.BASES DE

DISEO

Para el diseno del reactor calculamos un factor de

escalamiento con base en el volumen ocupado por los reactantes

p

la cantidad de producto obtenido.

Los

requerimiento de anhdrido malico a futuro sern de

30,000

Tnlanuales, lo que implica un consumo anual de 134

Tnlanuales de catalizador.Entonces se requiere una produccin de

367.12kg de catalizador al da.

A nivel laboratorio:

21

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30/86

Volumen ocupado por los

reactantes

=

4 0

m l

Masa del producto sin calcinar

:=

8.4

gr

Masa

dcl catalizador = 6.72 gr

R e q u e r

imi

entos del catallzdor a nivel

industr a 1

-

ACTOR DE ESCALAMIENTO

=

Masa del catalizador a nivel laboratorio

FACTOR DE ESCALAMIENTO

=

43,704.762

Entonces

el

volumen del reactor para dicho requerimiento es el

siguiente:

Volumen = F.E * volumen de reaccin

Volumen =

2,000 li tros

Con base en la cantidad de producto seco (458.7 k g diarios)

se determin el tamao del secador,del horno

y

de la

tableteadora.

SECADOR.Este consta de charolas de 61 c m

*

71 cm

*

4 cm con

una capacidad de 137.5 gr/ hr de producto,

las

cuales

se

colocan

en parrillas de 2.7 m

* 5.7

m con una capacidad de 24 charolas

cada una.Por lo que se requiere de

28

parril las y 528 charolas;

de aqui el tamao del secador es de aproximadamente 3 m * 6 m de

longitud.

TABLETEADORA.La masa de

producto que necesitamos tabletear

es

relativamente grande, por

lo

que la tableteadora tiene una

velocidad que permita realizar el tableteado en un tiempo y costo

considerables.la velocidad apropiada

es

de O. 1

kg/seg

concluyendo el trabajo en

1.5

hr:;.

HORNO.La dimensin del horno se determina con base en el

3

volumen ocupado por el producto seco que

es

de 1.2 m .

TANQUESD E ALMACENAMIENTO.EI dimension amiento de los tanq ues

de almacenamiento

se

realiz suponiendo un abastecimiento mensual

de materia prima.

Volumen para alcohol isobutlico

:37.5

m

Volumen para alcohol benclico:

10

m

Volumen para el cido o-fosforico:5.24 m

Los tanques sern de techo en forma de cono debido al manejo de

los alcoholes.

3

3

3

22

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31/86

E L M A T E R I A L D E CONSTRIJCCION.EI

material que se considera

apropiado para la construccin del equipo es de acero

inoxidable,esto es debido a que el acero al carbn tiene ciertas

limitacimes para los alcoholes, y puede ser atacado por el cido

fosforico.Ademas el pentxido de vanadio puede

ser

danio

al

acero al carbn.

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32/86

PARTE

V

R E S U L T A D O S D E L D I S E f i O

5.1.DIAGRAMA DE

FLUJO

1

LCOHOL

I SO B U T I LICO

l o

EMULSION

A L C .I SO B U T I L I C O

11 .1 mi

H PO 85 %

3 4

3.2 mi

.1

ALCOHOL

B E N C IL I C 0

6.66 mi

l->PENTOXIDO DE VA NA DI O