Diseño de una planta (producción catalizadores)
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ÍNDICE Índice de figuras… ................................................................................................................. 7
Índice de tablas… ................................................................................................................... 8
Resumen ejecutivo.................................................................................................................. 9
1. Introducción….................................................................................................................. 10
2. Objetivos……................................................................................................................... 12
2.1 Objetivo general ................................................................................................. 13
2.2 Objetivos particulares ........................................................................................ 13
3. Generalidades ……………………………………………………………………………14
4. Experimentación............................................................................................................... 20
4.1 Objetivos experimentales ................................................................................... 21
4.2 Metodología experimental................................................................................. 22
4.2.1 Preparación de soportes ................................................................................... 22
4.2.2 Preparación de catalizadores ........................................................................... 22
4.2.2.1 Catalizadores de paladio................................................................ 22
4.2.2.2 Catalizadores de oro ...................................................................... 22
4.2.3 Evaluación de catalizadores en la reacción .................................................... 23
4.2.3.1 Evaluación de catalizadores de paladio ....................................... 23
4.2.3.2 Evaluación de catalizadores de oro ............................................. 23
4.2.3.3 Otras reacciones realizadas............................................................ 24
5. Resultados…..................................................................................................................... 25
5.1 Caracterización de los soportes .......................................................................... 26
5.1.1 Fisisorción de nitrógeno ................................................................... 26
5.1.2 Difracción de rayos x........................................................................ 27
5.2 Caracterización de los catalizadores................................................................... 28
5.2.1 Fisisorción de nitrógeno ................................................................... 28
5.2.2. Absorción atómica........................................................................... 29
5.2.3 Microscopía electrónica de transmisión ........................................... 29
4
ÍNDICE 5.3 Evaluación de catalizadores en la reacción de suzuki ........................................ 31
5.3.1 Evaluación de catalizadores de paladio ............................................ 31
5.3.2 Evaluación de catalizadores de oro .................................................. 33
5.3.3 Resultados de otras reacciones ......................................................... 35
5.4 Conclusiones de la parte experimental ............................................................... 37
6. Cinética de la reacción...................................................................................................... 38
7. Diseño de la planta ........................................................................................................... 42
7.1 Ubicación de la planta ........................................................................................ 43
7.2 Descripción de la planta para la producción de biariles ..................................... 44
7.3 Descripción del proceso para la planta de biariles ............................................. 46
8. Diseño de los equipos....................................................................................................... 49
8.1 Diseño del reactor............................................................................................... 50
8.1.1 Dimensiones del reactor .................................................................. 51
8.2 Dimensiones de los filtros ................................................................................. 52
8.3 Dimensiones de los tanques de almacenamiento............................................... 53
8.4 Dimensiones del intercambiador de calor ......................................................... 53
8.5 Dimensiones de la columna cromatográfica....................................................... 54
8.6 Diseño de accesorios .......................................................................................... 54
8.6.1 Diseño de la tubería .......................................................................... 54
8.6.2 Potencia de las bombas..................................................................... 56
8.6.3.Válvulas ............................................................................................ 56
8.6.4 Medidores ......................................................................................... 56
8.6.5 Equipo de laboratorio ....................................................................... 57
9. Análisis de costos ............................................................................................................. 58
9.1 Costo de la estructura de la planta ...................................................................... 59
9.2 Costo de producción de catalizador.................................................................... 59
9.3 Potencial económico........................................................................................... 60
9.4 Costos de equipo................................................................................................. 60
5
ÍNDICE 9.5 Costos de servicios ............................................................................................. 62
9.5.1 Costos de servicios en el proceso .................................................... 62
9.5.2 Costos de servicios en las instalaciones .......................................... 62
9.6 Salarios de trabajadores ...................................................................................... 63
9.7 Costos totales...................................................................................................... 64
9.7.1 Costos de inversión........................................................................... 64
9.7.2 Costos mensuales.............................................................................. 64
9.8 Análisis económico de factibilidad del proyecto................................................ 65
10. Seguridad en la planta .................................................................................................... 66
11. Consideraciones ambientales.......................................................................................... 68
11. 1 Normas ambientales para el biaril ................................................................... 69
11. 2 Normas ambientales para el tolueno................................................................ 70
12. Conclusiones................................................................................................................... 71
Apéndices…..…. .................................................................................................................. 73
Apéndice 1…..….................................................................................................................. 74
Apéndice 2……................................................................................................................... 75
A2.1 Dimensionamiento del reactor......................................................................... 75
A2.2 Dimensionamiento de los tanques de almacenamiento ................................... 76
A2.3 Dimensionamiento del intercambiador de calor .............................................. 77
Apéndice 3……................................................................................................................... 79
Apéndice 4………............................................................................................................... 80
Bibliografía….... ................................................................................................................... 88
6
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.Compuestos biarílicos con aplicaciones farmacéuticas ....................................... 11
Figura 2.Reacción de homoacoplamiento de Suzuki. .......................................................... 17
Figura 3.Transmetalación del ácido fenilborónico en la superficie del catalizador ............. 17
Figura 4.Mecanismo de reacción del homoacoplamiento de Suzuki para el catalizador
de paladio............................................................................................................... 18
Figura 5.Mecanismo de reacción del homoacoplamiento de Suzuki para el catalizador
de oro. .................................................................................................................... 19
Figura 6. Sistema de reacción para el homoacoplamiento de Suzuki .................................. 24
Figura 7. Difractograma de rayos X de CeO2, TiO2 y ZrO2................................................. 27
Figura 8. Imágenes de TEM: a) Pd/ TiO2 nanocristalino y b) Au/TiO2 nanocristalino ....... 30
Figura 9. Reacción de homoacoplamiento de Suzuki con paladio ....................................... 31
Figura 10.Selectividad para el homoacoplamiento de Suzuki con paladio ......................... 32
Figura 11. Reacción de homoacoplamiento de Suzuki con oro ........................................... 33
Figura 12. Selectividad para el homoacoplamiento de Suzuki con oro............................... 34
Figura 13. Cálculo de n y k para la cinética de reacción de Suzuki ..................................... 41
Figura 14. Ubicación de la planta de biariles ....................................................................... 43
Figura 15. Esquema de la planta para la producción de biariles .......................................... 45
Figura 16. Esquema del proceso para la producción de biariles .......................................... 47
Figura 17. Balance de Materia en el reactor......................................................................... 48
Figura 18. Operación de un reactor batch............................................................................. 51
Figura 19. Esquema de las dimensiones del rector............................................................... 52
Figura 20. Filtro de bolsa...................................................................................................... 52
Figura 21. Intercambiador de calor de coraza ...................................................................... 53
Figura 22. Columna cromatográfica industrial..................................................................... 54
Figura 23. Longitud de tubería ............................................................................................. 55
Figura 24. Bomba ................................................................................................................. 56
Figura 25. Válvula de compuerta ......................................................................................... 56
7
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Resultados de fisisorción de nitrógeno................................................................... 26
Tabla 2. Resultados de Difracción de Rayos X.................................................................... 27
Tabla 3. Resultados de Fisisorción de nitrógeno de catalizadores nanocristalinos de oro
y paladio ................................................................................................................. 28
Tabla 4. Resultados de absorción atómica de catalizadores nanocristalinos........................ 29
Tabla 5. Tamaño promedio de partícula obtenida mediante TEM....................................... 30
Tabla 6. Comparación de catalizadores de Pd con soportes nanocristalino y
convencional........................................................................................................... 35
Tabla 7. Comparación de catalizadores de Au con soportes nanocristalino y
convencional........................................................................................................... 35
Tabla 8. Catalizadores de Au y Pd con soportes de sílica convencional............................ 36
Tabla 9. Reacción de Suzuki con diferentes condiciones de reacción catalizados con
Au/TiO2 nanocristalino........................................................................................... 36
Tabla 10. Experimentos con catalizador recuperado de Au/TiO2 nanocristalino................. 37
Tabla 11. Costo de coloides para los catalizadores de Au/TiO2 y Au/ZrO2 nanocristalinos .. 39
Tabla 12. Balance de Materia de la Planta ........................................................................... 48
Tabla 13. Equipo de laboratorio ........................................................................................... 57
Tabla 14. Costos de Materia Prima para el Catalizador ....................................................... 59
Tabla 15. Costo del equipo de laboratorio............................................................................ 59
Tabla 16. Potencial económico para la producción de Biariles............................................ 60
Tabla 17. Costo del equipo principal.................................................................................... 61
Tabla 18. Costo del equipo menor........................................................................................ 61
Tabla 19. Costos de servicios en el proceso ......................................................................... 62
Tabla 20. Costos de servicios en las instalaciones ............................................................... 62
Tabla 21. Sueldo de los trabajadores de la empresa ............................................................. 63
Tabla 22. Costo total de inversión........................................................................................ 64
Tabla 23. Costos mensuales de la planta .............................................................................. 64
8
RESUMEN EJECUTIVO
La reacción de Suzuki (homoacoplamiento de ácidos borónicos con catalizador de paladio)
es una de las reacciones más versátiles y utilizadas para la formación selectiva de enlaces
carbono-carbono, en particular para la formación de compuestos biarílicos. El biaril se
utiliza en productos farmacéuticos, herbicidas y productos naturales así como en polímeros
conductores y materiales de cristales líquidos. El objetivo de este proyecto consistió en
diseñar una planta química para la producción de biariles y realizar una evaluación
económica para determinar la factibilidad de la misma. Para ello, se sintetizaron
catalizadores de oro y paladio soportados en óxidos metálicos nanocristalinos de cerio,
titanio y zirconio. Se observó que los catalizadores de oro son más activos y más selectivos
que los de paladio y se eligió el catalizador de Au/TiO2 nanocristalino por presentar
mejores propiedades para llevar a cabo el dimensionamiento del reactor y posteriormente
el de la planta. Se calculó la Tasa Interna de Retorno (TIR) resultando ser mayor que la
Tasa de Rendimiento Mínima Aceptable (TREMA), por lo que se concluye que la
implementación de la planta para producir biariles es económicamente factible.
9
1. INTRODUCCIÓN
10
1. INTRODUCCIÓN La reacción de Suzuki (homoacoplamiento de ácidos borónicos con catalizador de paladio)
es una de las reacciones más versátiles y utilizadas para la formación selectiva de enlaces
carbono-carbono, en particular para la formación de compuestos biarílicos. El biaril se
utiliza en productos farmacéuticos (anti-inflamatorios, antirreumáticos, antitumorales,
antihipertensivos, etc.), herbicidas y productos naturales así como en polímeros
conductores y materiales de cristales líquidos. Además presentan el potencial para atacar la
infertilidad actuando como una hormona receptora1. También atacan a la histamina que se
encuentra en el sistema nervioso central y por eso se utilizan para eliminar desórdenes
neurológicos como la enfermedad del Alzheimer, del Parkinson y la epilepsia 2. Asimismo
han mostrado actividad antibacterial3, actividad biológica e inhibición de la
sobreproducción de leucocitos en un sitio donde ha ocurrido una infección4.
En la Figura 1 se muestran algunos ejemplos de compuestos biarílicos.
Figura 1. Compuestos biarílicos con aplicaciones farmacéuticas
La reacción de homoacoplamiento de Suzuki es favorable para crear estos compuestos
biarílicos debido a las condiciones flexibles de reacción, disponibilidad comercial de
ácidos borónicos (principal materia prima), eficiencia de reacción y compatibilidad con
muchos grupos funcionales presentes en los ácidos. La reacción de Suzuki sintetiza biariles
por homoacoplamiento catalítico de ácidos fenilborónicos usando catálisis de paladio(0),
debido a que tiene la propiedad de reducirse y oxidarse en dos electrones, y efectuar una
transmetalación5.
11
2. OBJETIVOS
12
2. OBJETIVOS
2. 1 Objetivo general
Diseñar una planta química para la producción de compuestos biarílicos que cumpla con
las normas de seguridad y normas ambientales establecidas por el Gobierno de la República
Mexicana. Además realizar una evaluación económica para determinar si el proyecto es
rentable económicamente.
2.2 Objetivos particulares
Sintetizar catalizadores y evaluarlos en la reacción de homoacoplamiento de Suzuki.
Determinar el catalizador más adecuado y producirlo en cantidades necesarias para
satisfacer la producción de biariles en la planta.
Obtener la cinética de la reacción de homoacoplamiento de Suzuki para llevar a
cabo el diseño del reactor utilizado en la planta.
Diseñar y dimensionalizar los equipos requeridos en el proceso tomando como base
el equipo utilizado en el laboratorio.
13
3. GENERALIDADES
14
3. GENERALIDADES
La primera síntesis de biariles por homoacoplamiento de ácidos arilborónicos fue realizada
en 1995 por Suzuki y Miyaura6. Desde entonces se denomina reacción de Suzuki o
acoplamiento de Suzuki-Miyaura. Los primeros acoplamientos que se llevaron a cabo
consistieron en la condensación de ácido fenilborónico con varios haluros de arilo
utilizando como catalizador paladio fosfatado. Los catalizadores de paladio con ligandos
tipo fosfina se utilizan para esta reacción porque son estables bajo un calentamiento
prolongado5. Sin embargo, también se obtienen buenos resultados en los acoplamientos
utilizando catalizadores de Pd(OAc)2.
Posteriormente se han introducido numerosas modificaciones en este procedimiento
original, como por ejemplo el uso de otros catalizadores de paladio como PdCl2 fosfatado u
otros sin ligandos tipo fosfina. Por otra parte, se han utilizado otras bases como trietilamina,
bicarbonato sódico y carbonato de cesio o de tántalo. Además se han empleado diferentes
disolventes, como dimetoxietano, dimetileter, acetona, etc.
Desde 1986 se empezó a experimentar con materiales que tienen el tamaño del cristal
menor a cincuenta nanómetros (nanocristales). Catalizadores soportados en estructuras
nanocristalinas se emplean para aumentar la reactividad de la reacción de
homoacoplamiento de Suzuki.
Estudios realizados7 han demostrado que los catalizadores soportados en óxidos metálicos
nanocristalinos mejoran la conversión en esta reacción, debido a que presentan una
estructura más ordenada, un área superficial mayor y es posible controlar su tamaño de
poro. Avelino Corma, Javier Guzmán y Silvio Carrettin7 llevaron a cabo la reacción
15
3. GENERALIDADES
entre p-iodobenzofenona y ácido fenilborónico para probar la reactividad de oro soportado
en óxido de cerio nanocristalino para la reacción de acoplamiento cruzado. Observaron que
todo el ácido fenilborónico se convirtió a biaril (homoacoplamiento) y el producto del
acoplamiento cruzado fue obtenido en muy pocas cantidades (<0.5%).
Con base en los antecedentes, en este proyecto se evaluó la reactividad tanto de oro como
de paladio soportados en diferentes óxidos metálicos nanocristalinos. Los soportes
utilizados en este proyecto fueron óxido de cerio, óxido de titanio y óxido de zirconio,
todos metales de transición. El óxido de cerio (CeO2) es de carácter básico y tiene
propiedades reductoras y oxidantes; funciona como reservorio de oxígeno (almacena y
libera O2) y permite que éste se mueva con facilidad dentro del mismo soporte. El óxido de
titanio (TiO2) presenta propiedades anfóteras, es resistente a ácidos, álcalis, gases
corrosivos, atmósferas reductoras y gran número de sustancias orgánicas. El óxido de
zirconio (ZrO2) también es de carácter anfótero y tiene propiedades oxidantes y reductoras.
El paladio ofrece numerosas posibilidades en la formación de diferentes tipos de enlace
carbono – carbono, además no es sensible al oxígeno, a la humedad ni al medio ácido. Sin
embargo, las reacciones catalizadas con paladio deben ser llevadas a cabo de forma
cuidadosa y en general a alta temperatura.
Dentro del área de catálisis homogénea uno de los metales menos empleados, pero con
grandes posibilidades en cuanto a sus posibilidades como catalizador, es el oro en sus
distintos estados de oxidación.
16
3. GENERALIDADES
La reacción de homoacoplamiento del ácido fenilborónico en presencia de un catalizador
fue llevada a cabo a una temperatura de 60 ºC y presión atmosférica. La reacción se
muestra en la Figura 2.
Figura 2.Reacción de homoacoplamiento de Suzuki.
Dos moléculas de ácido fenilborónico realizan una transmetalación con el catalizador
Figura 3.Transmetalación del ácido fenilborónico en la superficie del catalizador
(Figura 3) en medio básico, obteniendo una molécula de biaril (producto) y la formación de
2 moléculas de ácido metabórico e hidrógeno molecular (Figura 2).
17
3. GENERALIDADES
l homoacoplamiento de ácido fenilborónico usando catalizadores de Pd(0) se ha
conver
igura 4.Mecanismo de reacción del homoacoplamiento de Suzuki para el catalizador de
E
tido en una herramienta sintética útil en la preparación de biariles simétricamente
sustituidos. El metal se introduce en el ciclo catalítico como Pd(II) y se reduce formando la
especie Pd(0) con ayuda del soporte. El Pd(0) se vuelve a oxidar a Pd (II) cumpliendo con
un ciclo redox (Figura 4).
F
paladio5.
18
3. GENERALIDADES
El homoacoplamiento de ácido fenilborónico usando catalizadores de oro se lleva
acabo del mismo modo que cuando se usa paladio, en donde el oro se reduce de Au (III) a
Au (I), volviéndose a oxidar cumpliendo un ciclo redox de dos electrones, como se muestra
en la Figura 5.
igura 5.Mecanismo de reacción del homoacoplamiento de Suzuki para el catalizador de
F
oro.
19
4. EXPERIMENTACIÓN
20
4. EXPERIMENTACIÓN
.1 Objetivos experimentales
intetizar soportes nanocristalinos de óxido de cerio (CeO2), óxido de titanio (TiO2) y
movilizar oro y paladio en los soportes nanocristalinos mediante la técnica de
valuar la reactividad de cada uno de los sistemas soporte-metal, mediante la reacción de
omparar reactividad de catalizadores nanocristalinos con catalizadores convencionales en
legir el mejor catalizador (con base en velocidad de reacción y selectividad) y obtener la
4
S
óxido de zirconio (ZrO2) y caracterizar sus propiedades tales como cristalinidad, tamaño de
poro, volumen de poro y área superficial.
In
co-precipitación y caracterizar sus propiedades.
E
homoacoplamiento de Suzuki.
C
la reacción de Suzuki.
E
cinética de reacción.
21
4. EXPERIMENTACIÓN
.2 Metodología experimental
stalinos de óxido de Cerio (CeO2), óxido de titanio (TiO2) y
.2.2 Preparación de catalizadores
io en los soportes nanocristalinos mediante la técnica de
.2.2.2 Catalizadores de Oro
oro en los soportes nanocristalinos mediante la técnica de
co-precipitación. Se utilizaron 0.207 g del precursor de ácido cloroaurico (HAuCl4) y 1.98g
de óxido. Se mantuvo el pH constante igual a 9 utilizando una solución 0.2 M de
4
4.2.1 Preparación de soportes
Se sintetizaron soportes nanocri
óxido de zirconio (ZrO2) a partir de 150 ml de una solución coloidal que contenía partículas
de óxidos en el intervalo de 5 a 20 nm. Los óxidos fueron calcinados a una temperatura de
400ºC, con una rampa de 3°/min, y por un tiempo de 16 horas. Se caracterizaron sus
propiedades por difracción de rayos X (cristalinidad) y por adsorción de N2 (área
superficial, volumen y diámetro de poro).
4
4.2.2.1 Catalizadores de Paladio
Se inmovilizó 1% en peso de palad
co-precipitación. Se utilizaron 0.0513 g del precursor de nitrato de paladio hidratado
(Pd(NO3)2 ·H2O) y 1.98 g de óxido. Se mantuvo el pH constante igual a 9 utilizando una
solución 0.2M de NaOH y se agitó durante 18 horas. Se caracterizaron sus propiedades por
adsorción de N2 (área superficial, volumen y diámetro de poro), absorción atómica (% del
metal en el soporte) y microscopía de transmisión electrónica (TEM).
4
Se inmovilizó 1% en peso de
22
4. EXPERIMENTACIÓN
NaOH y se agitó durante 18 horas. Se caracterizaron sus propiedades por adsorción de N2
(área superficial, volumen y diámetro de poro) y absorción atómica (% del metal en el
porte) y microscopía de transmisión electrónica (TEM).
de 60 °C, presión atmosférica y
gitación constante. Para caracterizar los productos se utilizó un cromatógrafo de gases
un sistema de reflujo (Figura 6) y se adicionaron
.045g de ácido fenilborónico, 0.069g de K2CO3, y 100 mg de catalizador nanocristalino de
l de tolueno. Las mismas cantidades se
reflujo (Figura 6) y se adicionaron
.0124g de ácido fenilborónico, 0.018g de K2CO3, y 100 mg de catalizador nanocristalino
en 5 ml de tolueno. Las mismas cantidades
so
4.2.3 Evaluación de Catalizadores en la reacción
Todas las reacciones se llevaron a cabo a una temperatura
a
acoplado a un espectrómetro de masas.
4.2.3.1 Evaluación de Catalizadores de Paladio
Se utilizó un matraz bola de 10 ml con
0
Pd/CeO2 con el 1% de metal inmovilizado, en 5 m
utilizan para los catalizadores de Pd/TiO2 y Pd/ZrO2.
4.2.3.2 Evaluación de Catalizadores de Oro
Se utilizó un matraz bola de 10 ml con un sistema de
0
de Au/CeO2 con el 1% de metal inmovilizado,
se utilizan para los catalizadores de Au/TiO2 y Au/ZrO2
23
.
Figura 6.
.2.3.3 Otras reacciones realizadas
ara comparar el efecto que tiene el soporte nanocristalino con respecto al soporte
onvencional, se llevaron a cabo otras reacciones utilizando soportes convencionales de
eO2, TiO2 y ZrO2. También para confirmar que el catalizador necesita un soporte con un
donde Si no es un metal de transición. Además, para
4. EXPERIMENTACIÓN
Sistema de reacción para el homoacoplamiento de Suzuki
4
P
c
C
metal de transición, se utilizó SiO2,
comprobar que la base (K2O3) era necesaria se efectuó una reacción sin base.
Asimismo, se realizó una reacción sin catalizador y una con la mitad de catalizador para
verificar que la cantidad utilizada era la indispensable. Y con el propósito de verificar que
el catalizador no se desactiva, se llevaron a cabo cinco reacciones recuperando el
catalizador y reutilizándolo en la siguiente reacción consecutiva.
24
5. RESULTADOS
25
5. RESULTADOS
.1 Caracterización de los soportes
5.1.1 Fisisorción de Nitrógeno Se utilizó el equipo de adsorción de nitrógeno MICROMERITIC
100 E para determinar el área superficial, el volumen y el diámetro de poro de los
portes nanocristalinos sintetizados (Ver Tabla 1), así como la isoterma de adsorción –
IUPAC reconoce tres tipos de poros dependiendo de su
maño
5
S modelo Autosorb
2
so
desorción (Ver Apéndice 1). La
ta , si son mayores de 50 nm se conocen como macroporos, si su diámetro está
comprendido entre 2 y 50 nm se trata de mesoporos y si son menores de 2 nm son
microporos.
Tabla 1. Resultados de fisisorción de nitrógeno
CeO2 TiO2 ZrO2
Área Superficial (m2/g) 104 39 72Volumen de poro (cm3/g) 0.286 0.329 0.352Diámetro de poro (nm) 11 34 20
PropiedadSoportes Nanocristalinos Sintetizados
Por la definición anterior y con base en la Tabla 1, los catalizadores sintetizados son
mesoporosos y su área superficial se encuentra dentro del intervalo de los nanocristales
reportados en la literatura (30-110 m2 /g), por lo tanto se concluye que los tres soportes son
anocristalinos.
n
26
5. RESULTADOS
5.1.2 Difracción de Rayos X Los soportes nanocristalinos fueron caracterizados mediante difracción de rayos X en un
equipo SIEMENS modelo Kristalloflex D500, para conocer su fase cristalina (Ver Tabla 2)
y se calculó, con base en el difractograma (Ver Figura 7) el porcentaje que se tiene de cada
se para los soportes de titanio y zirconio.
Tabla 2. Resultados de Difracción de Rayos X
fa
CeO2 TiO2 ZrO2
Fases Cristalinas Fluo
PropiedadSoportes Nanocristalinos Sintetizados
rita 75 % Anatasa 53% Badeleyita % TetragonalCúbica 25 % Rutilo 47
CeO2
TiO2
ZrO2
De la tabla 2 se puede observar que la fase cristalina que presentan los soportes de titanio y
zirconio se debería de observar a una temperatura mayor de calcinación, por lo que se
deduce que la estructura ya esta definida por el coloide
Figura 7. Difractograma de rayos X de CeO2, TiO2 y ZrO2
27
5.2 Caracterización de los catalizadores 5.2.1 Fisisorción de Nitrógeno Una vez inmovilizado el metal en el soporte nanocristalino, se re
oro por el método de fisisorción de nitrógeno.
Tabla 3.
Tabla 3. Resultados de Fisisorción de nitrógeno de catalizadores nanocristalinos de oro y
alizó la caracterización del
área superficial y volumen y diámetro de p
Los resultados se muestran en la
paladio
Pd/CeO2 Pd/TiO2 Pd/ZrO2 Au/CeO2 Au/TiO2 Au/ZrO2
Área Superficial (m2/g) 100 64 42 80 72 70
Volumen de poro (cm3/g) 0.268 0.293 0.349 0.320 0.349 0.342
5Diámetro de poro (nm) 11 1 33 36 20 17
atalizadores Nanocristalinos SintetizadosCPropiedad
Comparando los resultados de la Tabla 3 con la Tabla 1, se observa que al inmovilizar el
metal en los soportes de cerio y zirconio, el área superficial disminuye. Mientras que al
movilizar el metal en el soporte de titanio ésta aumenta. También se observa que el
iámetro de poro de todos los catalizadores sigue estando dentro del intervalo de los
nanocristales (2 – 50 nm).
5. RESULTADOS
in
d
28
5.2.2. Absorción atómica
Para conocer la cantidad de metal inmovilizado en los soporte
caracterización de absorción atómica con un espectrofotómetro de absorción atómica
Varian modelo SpectrAA. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
s, se realizó una
Tabla 4. Resultados de absorción atómica de catalizadores nanocristalinos.
PropiedadAu/CeO2Pd/CeO2 Pd/TiO2 Pd/ZrO2
Catalizadores nanocristalinos sintetizados
Au/TiO2 Au/ZrO2
0.99 0.49 0.66% de metal inmovilizado 0.96 0.54 0.72
Los resultados indican que se inmovilizó m nos del porcentaje de metal teórico que se
esperaba tener. Los catalizadores con CeO2 tienen el mayor porcentaje de metal
inmovilizado, mientras que los de TiO2 tienen la mitad del metal que debió haber estado
resente. Sin embargo, se observa que los catalizadores con TiO2 aumentaron su área
Mediante la técnica de DRX no se pudo determinar el tamaño de cristal del metal soportado
por lo que se realizó otra técnica llamada Microscopía de Transmisión Electrónica (TEM)
5. RESULTADOS
e
p
superficial, a pesar de tener tan poco metal inmovilizado. Esto indica que se podría trabajar
con menores cantidades de precursor para inmovilizar el metal en TiO2 y obtener buenas
áreas superficiales.
5.2.3 Microscopía Electrónica de Transmisión
29
b)
con un microscopio de transmisión Zeiss, modelo EM-910. En la Figura 8 se observa que la
morfología entre distintos metales con el mismo soporte es la misma.
Se calculó el tamaño promedio de partícula con base en una escala.
Figura 8. Imágenes de TEM: a) Pd/ TiO2 nanocristalino y b) Au/TiO2 nanocris
Tabla 5. Tamaño promedio de partícula obtenida mediante TEM
Los resultados se
presentan en la Tabla 5.
CeO2 TiO2 ZrO2
T
PropiedadCatalizadores nanocristalinos Sintetizad
amaño promedio de partícula (nm) 45 32 40
De estos resultados se puede deducir que el recursor coloidal garantiza obtener
con tamaño de partícula entre 2 y 50 nm, que es el intervalo aceptado para dec
tienen partículas nanocristalinas.
5. RESULTADOS
m
m
p
50 n
50 n
a)
b)talino
os
soportes
ir que se
30
5.3 Evaluación de catalizadores en la reacción de Suzuki
5.3.1 Evaluación de catalizadores
de Paladio
Se evaluaron los 3 catalizadores de paladio en la reacción de homoacoplamiento de Suzuki.
Los resultados se muestran en la Figura 9, donde se observa que se alcanza la conversión
del 100% en aproximadamente 15 horas de reacción. El catalizador nanocristalino de
Pd/TiO2 presenta mayor actividad para el hom acoplamiento en estas condiciones.
o
0
0.2
0.4
1
0.6
0.8
0 3 6 9 12 15Tiempo (h)
Con
vers
ión
Figura 9. Reacción de homoacoplamiento de Suzuki con paladio
5. RESULTADOS
Pd/TiO2 Nanocristalino Pd/ZrO2 Nanocristalino Pd/CeO2 Nanocristalino
31
En la Figura 10 se muestra la selectividad de los catalizadores en la reacción.
1
79
157
75
17
83
17
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Biaril Benceno F
Sele
ctiv
idad
Figura 10.Selectividad para el homoacoplamiento de Suzuk
va que se generan subprodu
el más selectivo fue el de Pd/TiO2, con un 83% de formación de biaril
5. RESULTADOS
1
1 2 3
1 2 31
Con los catalizadores de paladio se obser
como el benceno, que es una sustancia altamente cancerígena. De los
Pd/ZrO Nanocristalino 2
2 d/CeOP Nanocristalino
i
3 2
d/TiO Nanocristalino 2 P
80
2enol
con paladio
ctos no deseados,
.
tres catalizadores,
32
33
5.3.2 Evaluación de catalizadores de Oro
Se evaluaron los 3 catalizadores de oro en la reacción de homoacoplamiento de Suzuki. Los
resultados se muestran en la Figura 11, donde se observa que se alcan
100% en aproximadamente 4 horas de reacción. Los tres catalizad e
presentan gran actividad para el homoacoplamiento en estas condiciones, siendo un poco
más activo el de Au/ZrO2.
za la conversión del
or s nanocristalinos
0
0.2
0.4
0.6
Con
vers
ión
0.8
1
0 3 6 9 15iempo (hr)
12T
oacoplamiento de Suzuki con oro
5. RESULTADOS
Au/ZrO2 Nano2
Au/CeO
cristalino Au/TiO Nanocristalino
cristalino
2 Nano
Figura 11. Reacción de hom
En la Figura 12 se puede observar que todos los catalizadores son 100%
selectivos para la formación de biaril, a diferencia de los catalizadores de paladio.
100 100 100100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Sele
ctiv
idad
Figur
5. RESULTADOS
Au/ZrO2 Nanocristalino Au/TiO2 Nanocristalino Au/CeO2 Nanocristalino
1
23
1
B
a 12.
2
iaril
Selec
3
0 0 0
Benceno
tividad para el homoacoplamiento
0 0 0
Fenol
de Suzuki con oro
34
5.3.3 Resultados de otras reacciones
En la Tabla 6 y la Tabla 7 se observa que se obtiene una mayor conversión para soportes
nanocristalinos durante el mismo tiempo de reacción.
Tabla 6. Comparación de catalizadores de Pd con soportes nanocristalino y convencional
Catalizador % Conversió
Pd/CeO2 nanocristalino 28.24
Pd/CeO2 convencional 18.04
Pd/TiO2 nanocristalino 82.81
Pd/TiO2 convencional 36.61
Pd/ZrO2 nanocristalino 64.38
Pd/ZrO2 convencional 46.58
n para 4 horas
Tabla 7. Comparación de catalizadores de Au con soportes nanocristalino y convencional
Catalizador % Conversión para 4 horas
Au/CeO2 nanocristalino 98
Au/CeO2 convencional 87
Au/TiO2 nanocristalino 100
Au/TiO2 convencional 75.33
Au/ZrO2 nanocristalino 100
Au/ZrO2 convencional 75
5. RESULTADOS
35
En la Tabla 8 se presentan resultados de la reacción con catalizadores soportados en un
óxido cuyo metal no es de transición. Se observa que el oro no presenta actividad.
Tabla 8. Catalizadores de Au y Pd con soportes de sílica convencional
Catalizador % Conversión para 4 horas
Pd/SiO2 convencional 51.87
Au/SiO2 convencional 0
En la Tabla 9 se muestran los resultados de la reacción de Suzuki con catalizador de
Au/TiO2 nanocristalino a diferentes condiciones. Se puede apreciar que la base es
indispensable para llevar a cabo el homoacoplamiento, pues al no agregarla, se obtiene una
conversión muy baja en comparación con el 100% que se obtiene si está presente. También
conversiones, y que la conversión depende de a cantidad de catalizador utilizada.
Tabla 9. Reacción de Suzuki con diferentes condiciones de reacción catalizados con Au/TiO2 nanocristalino
se observa que el catalizador se requiere forzosamente en la reacción para obtener
l
Catalizador % Conversión para 4 horas
Reacción sin base 12.22
Reacción mitad catalizador 69.15
Reacción sin catalizador 0
5. RESULTADOS
36
Se realizaron 5 reacciones con catalizador recuperado (Ver Tabla 10), dando como
resultado que el catalizador no se desactiva.
Tabla 10. Experimentos con catalizador recuperado de Au/TiO2 nanocristalino
Catalizador % Conversión para 4 horas
1a Reacción 100
2a Reacción con catalizador recuperado de la primera reacción 100
5a Reacción con catalizador recuperado de
100
100
3a Reacción con catalizador recuperado de 100
la tercera reacción
la cuarta reacción
la segunda reacción
4a Reacción con catalizador recuperado de
.4 Conclusiones de la parte expe
Mediante las diferentes técnicas de caracterización, se pudo comprobar que los
catalizadores sintetizados fueron nanocristalinos. En general, todos los catalizadores con
soportes nanocristalinos presentaron mayor actividad que los catalizadores soportados en
óxidos convencionales. Además, con base en los resultados obtenidos, se puede concluir
ue los catalizadores de oro presentan mayor actividad y mayor selectividad para la
eacción de Suzuki que los catalizadores de paladio.
5. RESULTADOS
5 rimental
q
r
37
6. CINÉTICA DE LA REACCIÓN
38
6. CINÉTICA DE LA REACCIÓN
Para el diseño de la planta se eligió uno de los 3 catalizadores nanocristalinos de oro, por
ser los que presentaron mayor actividad y sel
de éste se obtuvo la cinética de reacción.
Para la elección del catalizador de oro se ev luaron las propiedades de los soportes y su
reactividad en el homoacoplamiento de Suzuki, presentando mejores características los
catalizadores de Au/TiO2 y Au/ZrO2 nanocristalinos. Para elegir uno de los dos anteriores
se tomó en cuenta el precio del coloide de cada óxido. En la Tabla 11 se muestra el precio
de los coloides.
Tabla 11. Costo de coloides para los catalizadores de Au/TiO2 y Au/ZrO2 nanocristalinos
ectividad en comparación con los de paladio y
a
Catalizador Precio (USD/L)
Au/TiO2 874
Au/ZrO2 1205
Materia prima para el catalizador
Coloide de TiO2
Coloide de ZrO2
Como se puede observar la materia prima más económica es la del coloide de TiO2,
por lo tanto, se tomó la decisión de utilizar el catalizador de Au/TiO2 nanocristalino para el
diseño de la planta.
39
6. CINÉTICA DE LA REACCIÓN
a predicción teórica. Para elaborar un
lazo. Por lo tanto es aceptable ajustar la velocidad de reacción obtenida
entalmente a un modelo lineal como una buena aproximación.
Por lo m
alizador de Au/TiO2 nanocristalino, utilizando el modelo para un
reactor tipo batch:
…………………………. (1)
Dado que el fin de este trabajo fue encontrar la máxima conversión, no se realizaron
estudios detallados acerca del mecanismo heterogéneo considerando un reactor homogéneo
para fines prácticos, sin embargo hay efectos de transferencia de masa que deben ser tema
de interés para estudios más avanzados.
Los mecanismos de reacción permiten modelar en forma coherente y dar una explicación
del modo en que interactúan las moléculas para formar los productos, de manera que las
velocidades experimentales se ajusten a un
mecanismo de reacción es necesario identificar las sustancias intermediarias del proceso o
bien posibles radicales que se formen. Esta tarea es compleja. Elaborar un mecanismo de
reacción que satisfaga las condiciones anteriores y que además prediga un posible valor de
la energía de activación del sistema es muy complicado y puede incluso no tener una
solución de corto p
experim
encionado anteriormente, la cinética se obtuvo a partir de los datos experimentales
de la reacción con cat
)ln()ln()ln( kCnr AA +=−
40
6. CINÉTICA DE LA REACCIÓN
Se determinó la constante cinética y el orden de reacción al graficar ln (-rA) vs ln CA
(Figura 13).
y = 1.4668 x + 3.17712
-12
-8
-6
-2
0
ln -(
r A)
Figura 13. Cálculo de n y k para la cinética de reacción de Suzuki
R = 0.9985
-10
-4
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0
ln CA
24
De la Fig. 13, se observa que n = 1.4668 ≈ 1.5 y que ln k = 3.1771, por lo que k = 23.977≈
15.0
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
moll −h . De este modo, la cinética de reacción queda determinada por la Ecuación 2.
………
A A
rimentos a bajas conversiones. Por lo anterior, no
puede asegurar que el orden de reacción obtenido sea el que realmente describe la
cuación cinética de la reacción de homoacoplamiento de Suzuki. Sin embargo se utiliza
ste orden de reacción como una aproximación para el diseño del reactor. Se propone
guir llevando a cabo la experimentación para comprobar el orden de reacción.
5.124)( AA Cr =− ……………….…… (2)
-r [=] mol / l h; C [=] mol / l
Por las condiciones de la reacción se obtuvieron pocos datos experimentales para calcular
la cinética y no se llevaron a cabo expe
se
e
e
se
41
7. DISEÑO DE LA PLANTA
42
7. DISEÑO DE LA PLANTA 7.1 Ubicación de la planta La planta para la producción de biariles estará ubicada en la delegación de Xochimilco
(Figura 14) en la Ciudad de México con un área superficial de 600 m2. Se eligió esta zona
porque hay 300 laboratorios existentes en el país y por entidad destacan el Distrito Federal
con el 51% del total; el Estado de México
concentran casi el 75%, por lo que se puede notar que en el Distrito Federal se concentra la
mayoría de las grandes farmacéuticas y porque es un terreno económico y cuenta con todos
los servicios.
con 12% y Jalisco con 11%, entre los tres
Figura 14. Ubicación de la planta de biariles
43
7. DISEÑO DE LA PLANTA 7.2 Descripción de la planta para la producción de biariles
planta, los trabajadores deberán utilizar ropa adecuada para trabajar, por lo
que es necesario un área de vestidores.
La contabilidad y el control de procesos se llevarán a cabo en el área de oficinas, donde
también se localizan los baños. Se contará con una caseta de vigilancia que labore las 24
horas del día. Asimismo, es necesario considerar áreas verdes para el mejor desempeño del
personal y mejorar el ambiente de trabajo.
El diseño de la planta para la producción de biariles se muestra en la Figura 15. El terreno
tiene una superficie de 20 x 30 m2. En el área de operación se lleva a cabo el proceso para
la producción de biariles y como se desea producir el catalizador a baja escala se dispone de
un laboratorio, en donde también se realizarán pruebas de calidad del producto.
Se cuenta con un almacén para materia prima y producto, así como un área de empaque
para la venta final del mismo. Teniendo en cuenta que se deben cumplir normas de
seguridad en la
44
Figura 15. Esquema de la t ra roducc d riplan a pa la p ión e bia les
45
46
7. DISEÑO DE LA PLANTA
ente
se bombea a un intercambiador de calor (INT) para enfriar la mezcla y lograr que precipite
la base y el ácido metabórico que serán retenidos en el filtro (F2).
La mezcla que contiene biaril y tolueno se manda a un tanque de almacenamiento (T2).
Debido a que el producto requiere tener alta pureza, se bombea a una columna
cromatográfica (CC) donde se extrae el biaril con acetato de etilo. El biaril se recuperará en
un rotavapor.
El tolueno se bombea a un tanque de almacenamiento (T3), donde se recircula al reactor.
El tanque de almacenamiento (T4) contiene tolueno fresco para alimentar al tanque
En el reactor se abre una válvula (VA9) donde se purga el hidrógeno resulta de la
reacción. Este hidrógeno se quema con aire en un incinerador (CH), donde se efectúa la
siguiente reacción: 2H2 + O2 2H2O.
El balance de materia de toda la planta se muestra en la Tabla 12, y el balance en el reactor
se muestra en la Figura 17.
7.3 Descripción del proceso para la planta de biariles El diseño del proceso se muestra en la Figura 16. El reactor (R) se carga con el reactivo, la
base y el catalizador y se alimenta tolueno recirculado que se bombea desde el Tanque (T3).
La reacción se lleva a cabo a 60°C y 1 atm con una duración de 4 horas. Al término de la
reacción se descarga el reactor y la mezcla pasa a través de un filtro (F1) para recuperar el
catalizador, que será tratado térmicamente y utilizado en la próxima carga.
La mezcla sin catalizador se bombea a un tanque de almacenamiento (T1) y posteriorm
(T3).
nte
Figura 16. Esquema del proceso para la producción de biariles
catalizador nanocristalino
VR = 100 1 atm
1
0 l
60°C
2 60°C
Serpentín
catalizadonanocristalino
recuperado
r
9
11
3
35°C
5
7
8
6
10
13
12
F
2
VA4
VA5
R
T3
CC
INT
B3
B4 CH
B5
VA3
B
VA2
2
V A1
4
14
T1
B6 VA6
7VA
VA8
T4
B1
F1
C
T
60°
2
VA9
47
Tabla 12. Balance de Materia de la Planta
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13g g/min g/min g/m g/min g/min
Ácido f ónico (121.93) 1610115 115 115
Tolueno (92) * 64 32.0 32.0 32.0Biaril (130) 50
Ácido metabórico (43.8) 28.5H2 (2) 65
(32) 10.439.1
18) 11.7Catalizador
* Corrient unidades de (l/min)
Entrada filtro F1
Salida filtro F2
Entrada tanque
T2
Entrada columna cromat.
Salida columna cromat.
Salida chimenea
CHCOEntrada
ea Entrada columna cromat.
Entrada or R Entrada
reactor R
Entrada tanque
T1
Entrada filtro F2
CORRIENTES DEL PROCESO
11g/min in L/min g/ g/min
enilborK2CO3 (138) 2300 115
0 32 32.050 50 50
28.5 28.5 28.50.
O2N2
H2O ( (28)
12987 649.35Acetato de etilo*
es con
BALANCE DE MATERIA DE LA PLANTA
MPONENTES chimenCHreact
Entrada chimenea
CH
1583 g Ácido fenilborónico 2300 g K2CO
2987 g Au/TiO2640 L Tolueno 1
3
Figura 17. Balance de Materia
L/min
32.01000
min L/min
1 1
1000 g Biaril etabórico
13 g H22300 g K2CO312978 g Au/TiO2640 L Tolueno
570 g Ácido m
en el reactor
48
49
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS 8.1 Diseño del Reactor
e consideró un reactor bifásico de suspensión porque el catalizador es sólido y se mantiene
spendido durante la reacción. Con la cinética obtenida y con el modelo de un reactor por
tes, se calculó el volumen del reactor. Se despreciaron los efectos de transferencia de
asa porque se considera un tanque perfectamente mezclado, además la velocidad de
gitación de la propela es de 360 rpm.
cuación de diseño:
S
su
lo
m
a
∫−
=)(
00
tx
A
AVr
dxNt ………………………………………..…… (3)
esolviendo la ecuación de diseño, se tiene que el volumen esta dado por:
E
R
5.05.10
0
)1(5.0 AA
A
XCKt
NV
−= ………………………… (4)
ara el diseño del reactor se consideró una conversión de 0.99, tomando en cuenta la
roducción de Biaril (ver Fig. 17) por carga del reactor y se obtuvo un volumen de 1.15 m3.
on tiempos de carga y descarga de 20 minutos cada uno.
l material del reactor es de acero inoxidable porque se manejan sustancias corrosivas y se
quiere que las esquinas sean redondeadas para evitar zonas muertas y acumulaciones. Se
alculó la carga térmica del reactor = 4.5 x108 BTU/hr, lo cual indica que se necesita un
actor con transferencia de calor. En la Figura 18 se muestra la operación de un reactor de
tamaño real y con un volumen
NA0 (mol ) CA0 (mol /l ) X V reactor (L) V reactor (m3) V reactor real (m3)12.9870 0.02083162 0.9900 956.5838 0.9566 1.1479
P
p
C
E
re
c
re
aproximado al diseñado.
50
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS
Figura 18. Operación de un reactor batch
8.1.1 Dimensiones del reactor Las dimensiones del reactor fueron obtenidas a partir de correlaciones8 los cálculos se
mue A
Diámetro del reactor 1.20 m
Diámetro de propela 0.40 m
Área serpentín 3.40 m2
Potencia de agitación 1.0 hp
stran en el péndice 2.
Altura del reactor 1.00 m
Altura de propela 0.30 m
Ancho deflectores 0.10 m
Grosor de propela 0.05 m
Diámetro Serpentín 0.05 m
Longitud Serpentín 21.71 m
No. de vueltas Serpentín 27
51
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS
Figura 19. Esquema
8.2 Dimensiones de los filtros
), po
El tamaño del filtro está
Di
Altura
Ti
Ta
Figura 20. Filtro de bolsa
e eligió un filtro de bolsa (Fig. 20S
operación. Como se maneja un solvente
tamaño de poro de 3 micras. Los filtros
en función del c
ámetro
po de bolsa
maño de poro
1 m V = 1.15 m3
0.7 m
m
0.1 m
0.3 m 0.05 m
m
0.575 m
0.4
de la
rque e
arom
son de
audal
1.2
0.8
s dimensiones del rector
s el que mejor se ajusta a las condiciones de
3/s = 2 m3/hr
2
52
bolsa poliéster
3
ático, se eligió una bolsa de poliéster con un
acero inoxidable.
: 0.00054872 m
4 cm
cm
micras
m
52
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS 8.3 Dimen t q El material de los tanqu acenamiento es acero inox uestran
en el Apéndice 2 y las dime
TANQUES RO (m) ALTURA (m)
siones de los an ues de almacenamiento
es de alm idable. Los cálculos se m
nsiones son las siguientes:
DIAME T1 4 1
8.4 Dimensiones del intercambiador de calor
l intercambiador es de a ro inoxidable ime uestran en la Figura 21.
os cálculos se muestran en el Apéndice 2.
E y las dce nsiones se m
L
1
m
Figura 21. Intercambiador de calor de coraza
1.4 m
Área total = 4.47 m2 = 48.11 ft2
40 tubos
53
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS 8.5 Dimensiones de la columna cromatográfica Para separar el biaril del tolueno, se eligió una columna cromatográfica con empaque de
sílica y solvente extractor acetato de etilo. Las dimensiones son especificadas por el
roveedor.
resión, bar 20
Cantidad de empaque, kg 6.2
Figura 22. Columna cromatográfica industrial
ios
8.6.1 Diseño de la tubería
uestra la longitud de la tube
acero inoxidable.
Tamaño inal (plg
Diámetro externo Cedula No. Espesor de pared )
p
P
Diámetro interno, cm 30
Longitud de empaque, cm 90
Razón de flujo, L/min 3.2
8. 6 Diseño de accesor
En la Figura 22 se m ría del proceso. El material de la tubería es
Nom) (plg) (plg
1 1.315 0 0.133 4
54
Figura 23. Longitud de tubería
F1 F2
3m 2m 3m 1m
m
2m
3 m
2m
3m 2m
3
2 m
8 m
m
2m
2
55
2m
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS 8.6.2 Potencia de las bombas El material de las bombas es acero inoxidable. La potencia as b
medio de la ecuación de Bernoulli.
de l ombas se calculó por
CANTIDAD POTENCIA (hp) 5 1 / 8 1 1 / 4
Figura 24. Bomba
Los cálculos estran en el Apéndice 3.
se mu
8.6.3. Válvulas Las válvulas utilizadas en el proceso son de compuerta de acero inoxidable (Ver Figura 23).
Figura 25. Válvula de compuerta
8.6.4 Medidores
Se utilizan dispositivos como medidores de flujo, de presión y de temperatura, para
monitorear las condiciones del proceso.
56
8. DISEÑO DE LOS EQUIPOS 8.6.5 Equipo de laboratorio
Se considera que el catalizador se regenera y se puede utilizar hasta 44 cargas, es decir 2
cargas por día en un periodo de 22 días. Dado
Au/TiO2 por carga, se va a producir el catali
producción de catalizador es de: 13 kg/mes = 590 g/día. Algunos equipo
laboratorio se muestran en la Tabla 13.
Tabla 13. Equipo de laboratorio
que la cantidad requerida es de 13 kg de
zador a nivel laboratorio. El nivel de
s necesarios para el
Material Especificaciones
ConductronicPH120
Cimarec 3 de 18x18 cmRango de temp. 150 a 540°CAgitación de 100 a 1000 rpm
KHA 200R, cap. 200 gcalibración externa
Pyrex12 piezas de 250 ml
Pyrex9 de 150 ml7 de 100 ml12 de 50ml7 de 25 ml
Teflón5/ paquete
2"x5/16"
ital
Cromatógrafo de gases acoplado a Espectrómetro
de masas
Espectrómetro de masas con detector deionización de electrones acoplado a uncromatógrafo de gases MS-GC AgilentTechnologies 6890 N. Columna capilar HP
pH-metro digital
Parrilla de calentamiento
Balanza analítica
Vaso de precipitados
Horn
Kit vaso de precipitados
Barra magnética
Controlador digMax. Temp. 1000°Co
-5MS
57
9. ANÁLISIS DE COSTOS
58
9. ANÁLISIS DE COSTOS
9.1 Costo de la estructura de la planta
El terreno tiene un costo de 28, 222 USD y la construcción del edificio de 23,518 USD.
.2 Costo de producción de catalizador
l costo de materia prima para sintetizar el catalizador en el laboratorio de la planta se
uestra en la Tabla 14 y el costo de material de laboratorio se muestra en la Tabla 15.
Tabla 14. Costos de Materia Prima para el Catalizador
9
E
m
Coloide TiO2 874 - 6.43 - 5,619HAuCl4 - 121 - 12.2 1,476NaOH - 1.29 - 15.6 20
Total 7,115
Costo (USD/día)Sustancia Precio
(USD/L)Precio
(USD/g)Cantidad
(L/día)Cantidad
(g/día)
*Precios basados en el año 2006
Tabla 15. Costo del equipo de laboratorio
Material Costo (USD)
Cromatógrafo de gases acoplado a Espectrómetro
de masas100,000
Total 101,781
Kit vaso de precipitados
Barra magnética
Horno
390
357
200
46
155
21
611
pH-metro digital
Parrilla de calentamiento
Balanza analítica
Vaso de precipitados
*
Precios basados en el año 2006
59
9. ANÁLISIS DE COSTOS 9.3 Potencial económico El potencial económico se calculó con el precio del biaril (producto) menos el precio de la
ateria prima. El resultado se muestra en la Tabla 16.
m
Tabla 16. Potencial económico para la producción de Biariles
Ácido fenilborónico 47.72 3220 153,658.40
K2CO3 1.33 4676 6,228.43
Tolueno 0.40 1126000 450,010.38
Catalizador 12.26 580 7115
PRODUCTO Biaril 310.40 2000 620,800.00
MATERIA PRIMA
3,787.79
ía) PE (USD/día)COSTO (USD/dSUSTANCIA PRECIO (USD/g) CANTIDAD (g/día)
* Precios basados en el año 2006
9.4 Costos de equipo Se calcularon los costos de los equipos con base en correlaciones8 e índices de Marshall &
Swift. Los costos para equipo mayor se muestran en la Tabla 17 y para equipo menor en la
Tabla 18.
60
9. ANÁLISIS DE COSTOS
Tabla 17. Costo del equipo principal
Costo (USD) Costo (USD)
Tanque para mezclado Acero inoxidable 1 1.2 1
Equipo mayor CantidadEspecificaciones Diámetro o Altura (m)Volumen
3 por unidad total
1.17 3,174 3,174
Tanque macenamiento Acero inoxidable 4 1 1 0.8 2,519 10,076
Intercambiador coraza 4,200
ltro de canasta Acero inoxidable 2 0.24 0.52 0.02 1,881 3,762
Columna cromatográfica Empaque sílica 1 0.3 0.9 0.25 526,600 526,600
Total 547,812
longitud (m) (m )
al
Acero inoxidable 1 1 1.4 1.1 4,200
Fi
Tabla 18. Costo del equipo menor
Costo (USD) Costo (USD)por unidad total
Acero inoxidable0.4 diam, 0.7 altura
5 1/4 753 3,7651 3/4 753 753
Acero inoxidable40 m
Acero inoxidable1 pulg diam
Copa trifasica 1 1 /20 178 178
- - 105
seguridad - - - - 1,120
Total 10,609
1350 - -
Equipo menor Especificaciones Cantidad
- -
2,7001 1 4,320
Potencia (hp)
Válvulas
525
150
Agitador de propela
Tubería
Bomba
525
Serpentín
Indicadores de flujo - 7 - 12.5 87.5
Indicadores de presón 7 15
Indicador de temperatura - 1 - 25 25
Equipo de
61
9. ANÁLISIS DE COSTOS 9.5 Costos de servicios
9.5.1 Costos de servicios en el proceso Se determinó el costo de energía que se consume por día y por mes dentro del proceso,
tomando en cuenta que el precio es de 2.232 $ (pesos mexicanos)/ KWh. Los resultados se
muestran en la Tabla 19.
Tabla 19. Costos de servicios en el proceso
Concepto USD/día USD/mesBombas (Luz Eléctrica) 5.01 110
Agitación reactor (Luz eléctrica) 1.25 28Serpentín (Luz eléctrica) 0.06 1
Total 6 139
9.5.2 Costos de servicios en las instalaciones
Se determinó el costo de servicios por día y por mes para toda la planta expresados en
pesos mexicanos. Los resultados se muestran en la Tabla 20.
Tabla 20. Costos de servicios en las instalaciones
Concepto USD/día USD/mesInstalaciones (Luz eléctrica) 5 103.48
Agua 4 94.07Otros 3 75.26Total 12 272.81
62
9. ANÁLISIS DE COSTOS 9.6 Salarios de trabajadores
salarios de los empleados que trabajarán en la
Tabla 21. Sueldo de los trabajadores de la empresa
En la Tabla 21 se muestran los
empresa. Los sueldos están basados en la Comisión Nacional de Salarios Mínimos 2006 y
ya cuentan con las prestaciones que estipula la Ley Federal del Trabajo.
Persona No. Personas Proceso / Funciones Experiencia
necesaria
Salario mensual por persona
(USD)
Salario mensual total
(USD)Ingeniero Químico
1 Control y manejo de los procesos de producción 1 año 1035 1035
1 5
Técnico 3 Encargado de los procesos de producción 2 años 395 1185
Contador
64
282
Repartidor 2 Entrega producto - 329 659
Secretaria 1 Se encarga de llevar a cabo el papeleo de la empresa 1 año 329 329
Vigilante 3 Vigilancia - 329 988
Limpieza 2 Limpieza - 188 6
Total 8382
517
Gerente de ventasAdministración de las ventas de la empresa. 1 año
1 año
564
Verifica que la producción cumpla con las normas y
2 años 517
470 941
Empacador 2
Se encarga de recibir el producto terminado y de
llevarlo hasta el cuarto de almacenamiento
- 188 376
Control almacén 2
188 1129Obrero 6 Realizan los diferentes procesos de producción -
Control de calidad 1 especificaciones delproceso.
Control y supervisión de entradas y salidas de
materia prima y producto terminado.
1 Se encarga de llevar la contabilidad de la empresa 2 años 282
37
63
9. ANÁLISIS DE COSTOS 9.7 Costos totales 9.7.1 Costos de inversión
Se sumaron todos los gastos para obtener los USD totales que se requieren para invertir en
la planta de producción de biariles. Éstos se muestran en la Tabla 22.
Tabla 22. Costo total de inversión
Concepto Costo (USD)Equipo mayor 547,812Equipo menor 9,489
Equipo laboratorio 101,781Terreno 28,222
Construcción 25,000Seguridad 22,000
Otros 15,696Total 750,000
9.7.2 Costos mensuales Se obtuvieron los gastos mensuales de la planta, que se muestran en la Tabla 23.
Tabla 23. Costos mensuales de la planta
Concepto Costo (USD/mes)Materia prima 13574269
Salarios 8,382Servicios 412
Otros 2,500Total 13,585,563
64
9. ANÁLISIS DE COSTOS La inversión se recuperará en un tiempo aproximado de 2 años. Las ganancias a partir del
la siguiente manera:
– 13,585,563 USD/mes de gastos mensuales
72,000 USD/mes de ganancias
9.8 Análisis económico de f
Los cálculos realizados para obtener la Tasa Interna de Retorno (TIR) se encuentran en el
Apéndice 4. Para este proyecto se obtuvo una TIR = 46.52 recuperando la inversión en 2
años y considerando una Tasa de Rendimiento Mínima Atractiva (TREMA) igual a 35, se
puede concluir que el proyecto es económicamente factible (TIR>TREMA).
segundo año se estiman de
13,657,600 USD/mes de venta de biaril
actibilidad del proyecto
65
10. SEGURIDAD EN LA PLANTA
66
10. SEGURIDAD EN LA PLANTA En la planta se aplicarán normas y mecanismos de prevención de los riesgos que se pueden
resentar en el área de operación, que pueden ocasionar un accidente con daños
estructivos a la vida de los trabajadores, a las instalaciones o equipos de la planta. Para
llo se contemplarán las normas de organismos de seguridad como:
• Nacionales
– Asociación Nacional de la Industria Química (ANIQ)
– Secretaría de Trabajo y Previsión Social.
• Internacionales
– Organización Mundial de la Salud (OMS).
– Programa Internacional de Seguridad Química (PISQ).
– Organización Internacional del Trabajo (OIT).
– Consejo Internacional de Asociaciones de la Industria Química (ICCA)
– Agencia Europea para la seguridad y la salud en el trabajo.
– Occupational Safety and Healt Administration (OSHA)
os aspectos operacionales de seguridad en la planta y las fichas toxicológicas de las
stancias utilizadas en el proceso se encuentran en el Apéndice 5.
p
d
e
L
su
67
11. CONSIDERACIONES AMBIENTALES
68
11. CONSIDERACIONES AMBIENTALES
11. 1 Normas ambientales para el biaril Considerando normas ambientales, en 1990 la Agencia de Protección Ambiental (EPA)
listó al biaril como un contaminante peligroso del aire. La exposición de biaril es regulado
por la Administración Ocupacional de Salud y Seguridad (OSHA) quien permite un limite
de exposición de 0.2 ppm de biaril en aire en un tiempo de 8 horas.
Se prohíbe la reutilización del recipiente de este material para fines no industriales y
cualquier reutilización debe tomar en consideración los datos provistos en la hoja de datos
de un material peligroso (MSDS).
Este material, al ser descartado, podría ser un desecho peligroso según define la Ley sobre
Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA) 40 CFR 261.24, debido a su
característica de toxicidad.
Esta sustancia puede ser peligrosa para el ambiente debido a que es bioacumulable
especialmente en plantas. Se aconseja firmemente impedir que el producto químico se
incorpore al ambiente.
,
69
11. CONSIDERACIONES AMBIENTALES
o
table ido un límite de
acenamiento que contienen tolueno deben estar
El tolueno no se concentra ni se acumula en cantidades significativas en animales.
11. 2 Normas ambientales para el toluen
La EPA ha establecido un límite de 1 miligramo por litro (1 mg/L) para tolueno en el agua
potable y requiere que se le notifique de descargas, escapes o derrames al medio ambiente
de 1,000 libras o más de tolueno.
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha es c
200 partes de tolueno por millón de partes de aire en el área de trabajo (200 ppm).
Como es necesario usar tolueno en la planta, se trabajará con áreas bien ventiladas. Cuando
no esté en uso, los tanques de alm
firmemente cerrados para prevenir evaporación al aire.
70
12. CONCLUSIONES
71
12. CONCLUSIONES
El aporte de este trabajo fue encontrar que los catalizadores de oro son más activos y más
selectivos para la reacción de homoacoplamiento de Suzuki, en comparación con los
catalizadores de paladio. Además, se determinó que los catalizadores soportados en óxidos
metálicos nanocristalinos presentan mayor reactividad y selectividad que los catalizadores
soportados en óxidos metálicos convencionales.
Se seleccionó el catalizador de Au/TiO2 nanocristalino por presentar mejores propiedades
para llevar a cabo el dimensionamiento del reactor y posteriormente el de la planta.
La Tasa Interna de Retorno (TIR) calculada fue mayor que la Tasa de Rendimiento Mínima
Aceptable (TREMA), por lo que se concluye que la implementación de la planta para
producir biariles es económicamente factible.
La inversión para llevar a cabo este proyecto se recuperará en un período aproximado de
dos años y las ganancias después del segundo año se estiman en 72,000 USD/mes.
72
APÉNDICES
73
Isoterma TiO2
0
50
100
150
200
250
0.0 0.2 0.4 0.6 0. 1.0
P/P0
Volu
men
(cm
3 /g)
8
ISOTERMA CeO2
0
50
100
150
200
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0P/P0
Volu
men
(cm
3 /g)
ISOTERMA ZrO2
0
50
100
150
200
250
0.0 0.2 0.4 0.6 0 1.0P/P0
Volu
men
(cm
3 /g)
APÉNDICE 1
La isoterma tipo IV es característica de sólidos mesoporosos y presenta un ciclo de
histéresis. En estas isotermas se representa la cantidad adsorbida en función de las
presiones relativas P/P0.
.8
74
APÉNDICE 2
A2.1 Dimensionamiento del reactor
Relación para el tamaño del reactor: 85.0=T
Z
Entonces se tiene un rector con un Diámetro de 1.2 m y una altura de 1 m.
elación para el diámetro de la propela: R 33.0=T
D
or lo que se obtiene un Diámetro de propela de 0.4 m
elación para la altura de la propela:
P
25.0=T
CR
Por lo que se obtiene la altura de la propela de 0.3 m Y una longitud de propela de 0.715 m
Relación para el ancho de los deflectores: 12
1=
T
B
Por lo que se obtiene el ancho de los deflectores de 0.1 m
Relación para el grosor de la propela:
8
1=
D
W
Se tiene un grosor de propela de 0.05 m Para el serpentín se utilizo la siguiente formula:
del líquido en el reactor (m3). Volumen de tolueno = 638.5 l = 0.638 m
A = 4.6 V2/3 donde
3.
Correlaciones
Área (m2) Diámetro (m) Longitud (m)3.4109 0.05 21.7145
Diámetro de vuelta (m) No. Vueltas Altura entre vuelta0.8 27 0.0442
W/D = 1/8
0.5 ≤ Z/T ≤ 1
V es el volumen
reportadas en Brodkey, Robert8
75
APÉNDICE 2 Para calcular el Reynolds se utiliza la fórmula:
or (agitad ) en m, N la velocidad de rotación en rev/s,
x 10-4 kg/ms
nte fórmula [10]:
Donde Da es el diámetro del impuls or
la densidad del fluido en kg/m3 y la viscosidad en kg/m s. ρ
NRe = (0.4 m)2 (6 rps) (894 kg/m3) / (3.852 ) = 2.2x 106
Para calcular la potencia de agitación se utilizo la siguie
P
aDNNP 53ρ
=
de potencia.
el número de potencia. Np = 0.3
rps
espejando la potencia se tiene:
= Np ρ N Da
= 618 kg m2/s3
P = 0.8 hp ≈1 hp
Volumen del tanque agitado = 800 l Altura (Z) = 1m Diámetro (T) = 1m
Z/T = 1
Donde P es la potencia en kg m2/s3 y Np es el número
De la gráfica de NRe vs NP 12, se calculó
Para la agitación se necesitan 360 rpm = 6
D
3 5P P = (0.3) (894 kg/m3) (6 rps)3 (0.4 m)5
La potencia de agitación requerida es de: A2.2 Dimensionamiento de los tanques de almacenamiento Volumen del tolueno = 640 l
76
APÉNDICE 2 A2.3 Dimensionamiento del intercambiador de calor
Balance de energía para el intercambiador de calor
Para calcular t , utilizamos la fórmula: W Cp l (T -T ) = W CpH2O (t2-t1)
(27870 g/min) (0.4709 cal/g°C) (60-35) = (20000 g/min) (1 cal/g°C) (t2 - 25)
t = 41.4 °C
Q = W Cp ∆T = (27870 g/min) (0.4709 cal/g°C) (60-35) = 3.28x105 cal/min
ara calcular el área del intercambiador, utilizamos la fórmula:
T1 = 60 °C
T2 = 35 °C
t1 =25 °C t2 °C
2 Tol To 2 1 H2O
2
P
lnTUA
∆= Q
donde
−−−
⎥⎦
⎢⎣ −
⎤⎡ −=∆
)()
ln12
2112
tTT
transferencia de calor global que se obtiene de tablas11 para
rgánicos y es igual a 5224 (cal/m2 min K).
()( tTtT
)(ln
21 tT
Donde U es el coeficiente de
una transferencia de agua a líquidos o
KT 9.13
)4.4160()2535(ln⎢
⎡ −)4.4160(ln =
⎥⎦
⎤
⎣ −
−−= , por lo tanto A = 4.517 m2.
)2535( −∆
77
APÉNDICE 2 Para calcular el área de flujo total de agua se utiliza la fórmula:
mC = ρ A u
u
mA C=
ρDonde A es el área de ad mC es la rapidez de flujo del agua sidad del agua edio del agua
a tubo c
ρ es la denu es la velocidad prom
2
3 11000 mg⎟⎞
⎜⎛
02.0
min
min m
mk
kg
A =
⎠⎝
20
⎟⎠⎝
=
or lo tanto esta área es el producto del número de tubos y del área de flujo por tubo:
⎞⎜⎛
P
4.39)4(02.04
)0254.0( 2π
02.02
==
=π
n
dn
Por lo que habrá 40 tubos en el intercambiador de coraza. El área de superficie por
bo es: LLLd 08.0)0254.0( == ππ tu
Pero el área de superficie total necesaria para un intercambiador se calculó igual a 1.62 m2
Así, se calcula la longitud de tubo:
)08.0(40517.4 =
El diámetro promedio del intercambiad iámetro de cada tubo) =
(40) (0.0254 m) ≈ 1 m.
mL 4.1
2
= Lm
or de coraza es: 40 tubos (d
78
APÉNDICE 3 Cálculo de la Potencia de las Bombas
e realizó un balance mecánico en diferentes tramos para conocer la potencia requerida
para transportar el flujo.
Entonces se tiene la si ación:
S
guiente ecu
.
2
2g c
1 vZg ∆+
∆+∆
α
m
WFgP
g cc
=Σ+ρ
Los cálculos se realizaron a partir de los siguientes datos:
Tramo M(g) t (s) F (Kg/s) Q (m3/s)1 570226.445 1200 0.475 0.000552 557456.232 1200 0.465 0.000543 554588.762 2400 0.231 0.000274 553588.762 600 0.923 0.001075 553588.762 1200 0.461 0.00053
Accesorios CantidadTubería (m) 40Codos 90° 20Válvulas 8Bombas 6
Datos de Flujos Resolviendo la ecuación para diferentes condiciones se obtiene las siguientes potencias para las bombas requeridas:
Accesorios
Potencia de Bombas
Tramo W (hp) 1 0.250 2 0.250
3 0.250 4 0.750 5 0.250 6 0.250
79
APÉNDICE 4 Calculo de la Tasa Interna de Retorno (TIR)
Para determinar la rentabilidad del proyecto, se calcularon los flujos antes de impuestos
(FAI), con una tasa de interés interbancario de equilibrio (TIEE) de 7.57% y considerando
ue la inversión total se recupera en un tiempo de 2 años.
La depreciación se calcula como el costo de la planta entre el tiempo de recuperación.
Después se calcula el ingreso gravable (IG) como:
q
onDepreciaciFAIIG +=
l impuesto es calculado a partir del i or la tasa de impuesto del producto. E ngreso gravable p
IGimpuesto *)35.0(=
Una ez que os puesto (FDI)
ue esta dado p :
v calculam todos estos datos, calculamos el flujo después de im
q or
impuestoFAIFDI +=
80
APÉNDICE 4 Como los flujos después de impuestos sufren cambios en situaciones donde la tasa de
osteriormente se evalúa el proyecto calculando la tasa interna de retorno (TIR), igualando
flujos después de impuestos
con inflación constante.
inflación es muy grande, es necesario considerar los flujos con inflación.
Por lo que calculamos FAI con inflación como:
nlacionlacioncon FAIFAI )3.01(*infsininf +=
P
la ecuación de valor presente neto (VPN) a cero, con base en
∑=
=+
+=n
tt
t
iS
SVPN1
0 0)1(
onde: D
So= Inversión inicial
t=Flujos en cada periodo t
e
inuir el tiempo de recuperación. Encontrando que la inversión
tal se recupera en un periodo de dos años, esto es debido al alto valor agregado de los
iariles.
or lo tanto:
S Se calculó la TIR en un periodo de cinco años obteniendo valores mayores que uno, lo qu
indicó que era posible dism
to
b
P
2
210
)1()1(0
i
S
i
SS
++
++−=
81
APÉNDICE 4 Al sustituir los datos se obtuvo el valor de la tasa interna de retorno como 46.52, lo cual
indica que el proyecto es factible. Los cálculos se presentan en las siguientes Tablas.
Flujos antes de impuestos
Años FAI sin inflacion Depreciacion Ingreso Gravable Impuesto FDI
0 -750000 -- --- --- -7500001 864000 -375000 489000 -171150 6928502 864000 -375000 489000 -171150 692850
Flujos después de impuestos
Años FAI con inflacion Depreciacion Ingreso Gravable Impuesto FDI FDI constantes0 -750000 -- --- --- -750000 -7500001 1123200 -375000 748200 -261870 861330 662561.53852 1460160 -375000 1085160 -379806 1080354 639262.7219
i = 46.52
Suma: 0
S0 -750,000
s2 297789.157s1 452210.843
82
APÉNDICE 5 Para que la planta opere de manera segura se llevarán a cabo las siguientes acciones:
Traje especial
Mascarillas
Guantes
Zapatos cerrados
Lentes
Casco
2. Dentro del proceso se cuentan con dispositivos que regulan presión y temperatura
para evitar sobrecalentamiento y acumulación de presión.
3. Se cuenta con extintores de 5 y 10 litros
4. Se tendrá una base de datos del personal donde se encuentre la siguiente
información:
Nombre completo
Dirección con teléfonos
Alergias
Padecimientos
En caso de emergencia comunicarse con…
1. El personal que labora en el proceso de producción deberá utilizar equipo de
protección personal como:
Tipo de Sangre
83
APÉNDICE 5
5. Se cuenta con botiquín de primeros auxilios, regaderas y lava ojos.
6. Estará al alcance de los trabajadores las fichas toxicológicas de las sustancias
utilizadas y los manuales de operación de los equipos.
7. Se realizarán simulacros en forma periódica para saber qué hacer en caso de
accidente en la planta y se darán continuas capacitaciones.
8. Se dará mantenimiento frecuente a las instalaciones para evitar fugas o desgaste.
9. Se contará con salidas de emergencia
10. Es necesario contar con ventiladores dentro de la planta.
11. Se instalará un sistema de alarma para incendios y accidentes.
Propiedades Físicas y Químicas de las Sustancias utilizadas Propiedades y toxicología del Ácido Fenilborónico
Sinónimos ácido boronico, ácido fenilboronico, ácido fenilborico, fenildihidroxiborano
Punto de fusión 217 a 200°C
Apariencia polvo blanco
Inhalación
El material es extremadamente destructivo al tejido fino de las
membranas mucosas y de la zona respiratoria superior
ÁCIDO FENILBORÓNICO
84
APÉNDICE 5 Pro d
pie ades y toxicología del Ácido Cloroáurico
Fórmula quimica HAuCl4Contacto con la piel Irritación
ÁCIDO CLOROÁURICO
Contacto con los ojos irrita, quemadurasInhalación puede irritar
Pro d
pie ades y toxicología del Tolueno
Punto de ebulliciónPunto de fusión
111°C -95 °C
.8623 ( a 25 °C)
Presión de vapor (a 30 °C) 37.7 mm de HgIndice de refracción (a 20 °C) 1.4967Temperatura de autoignición 530- 600°C
Límites de explosividad 1.27- 7 % (en volumen en el aire) muy poco soluble en agua (0.05 g/100 ml)
acetona, etanol, cloroformo, ácidoCalor de combustión (a 25 °C y presión constante) 934.5 Kcal/mol
Calor de vaporización (a 25 °C) 9.08 Kcal/mol.2688 (gas ideal), 0.4709 (líquido a 1 atm)
ENOPROPIEDADES FISICAS Y TERMODINAMICAS:
TOLU
Densidad 0.87 g/ml (a 20 °C), 0Densidad de vapor 3.14
miscible con éter, Solubilidad
Capacidad calorífica (cal/g K) 0.
Riesgos de fuego y explosión
Es muy inflamable por lo que sus vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse y transportar el fuego hacia el material que los originó. También, pueden explotar si se prenden en un área cerrada y generar mezclas explosivas e inflamables rápidamente con el aire a temperatura ambiente. Evitar las descargas estáticas.
Riesgos a la salud
La toxicología de este producto es similar a la del benceno, sin embargo el tolueno no genera los trastornos crónicos a la sangre que se han presentado con el uso del primero. Su toxicidad es moderada. Su principal metabolito es el ácido benzoico, el al se conjuga con la glicina en el hígado y se excreta por medio de la orina como ácido hipúrico. El seguimiento de este último producto, sirve para determinar niveles de exposición de trabajadores. El abuso de este producto provoca daño al hígado, pulmones y disfunción cerebral.
cu
85
APÉNDICE 5 Propiedades y toxicología del Biaril
Nombre químico Biaril
Fórmula C12H10
Sinónimos Difenilo/ Fenilbenceno/ Dibenceno
Densidad 1.602 g/cm3
Punto de ebullición 257° CDensidad relativa de vapor (aire=1): 5.3Solubilidad en agua Ninguna.Punto de ebullición 256ºCPunto de fusión 70ºCPeso molecular 154.2Aspecto y color Cristales o copos blancos.
BIARIL
La sustancia se descompone al calentarla intensamente. Reacciona con oxidantes. Condiciones que deben evitarse: Evitar la mezcla de polvo con el aire.
Materiales a evitar: Oxidantes.
Estabilidreactivid
ad y ad
Productos de descomposición: Vapores y gases de combustión.
86
APÉNDICE 5
Efectos agudos Efectos crónicos
Contacto con la piel No hay información disponible. No hay información disponible.
Contacto con los ojos Enrojecimiento, dolor. No hay información disponible.
Inhalación Tos, náuseas, vómitos.
La sustancia puede afectar alhígado y al sistema nervioso,dando lugar a alteracvionesfuncionales.
Ingestión Tos, náuseas, vómitos.
La sustancia puede afectar alhígado y al sistema nervioso,dando lugar a alteracionesfuncionales.
Información toxicológica
87
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