ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

FABRICACION DE ACETO ACETANILIDA A PARTIR DE FENILAMINA

T E S I SQ u e p a r a o b t e n e r e l t í t u l o d e

INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL

P r e s e n t a

ELIGIO ONTIVEROS SANDOVAL

México, D. F., 1971

A mis Padres:Con profunda admiración yrespeto, que sin su apoyo nohubiere sido posible la realización de esta.Sra. Leonor Sandoval PérezSr. Eligió Ontiveros Luévano.

A mi hermana Martha cuyas aspiraciones algún día llegarán a realizarse.

T.-68

I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A LESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DEPARTAMENTO DE EXAMENES PROFESIONALES TEMA DE TESIS

S E C R E T A R IA

EDUCACION POai_lCA

México, D. F 7 de r.arzo do 1973c . . . » o . >. r r / u ' c s o .v j u .

^P asan te d e In g en ie ro ? I : IC C h ' ü ' • S I T _-G £ c C o n s t a n z a j o . 30 í - ' & í c o , 17 J . F .

F i e Ing - T ' IZP’ODüne e l Tema que deberá usted d esarro lla r com o prueba e scr ita para Examen P ro fes iona l, de acuerdo con e l s iq u ie n te orden

J-, ¡-.CJ-ij a .C ¿ T A ' I L I Ü i k PtT"l/ D\_ I _ . v T 11R L S j i í S I .

I . - IN T R O D IC C IO N .

I I . - J_Kííj iÍ) .I I I . - u S i . J l O E S K S H C A IX .

17. - E S l ’ i f l l u T D ^ O D I i u L T C o J E I * . r ü ^ c C I C N .

V . - D S S C H IP C IG J DST F R O C l’.SO .

V I . - Ca I .C U IO y S E U C C I l ' J E 'j ' I P O .

V I I . — I C íJZjS w G C xíw i iC . '.ü •

V I 11. - CG ?IC _ 'J3 I G T Ü S .

BJ L IO G ’ a ! ? I a .

Se co n ced e p lazo de un año a partir de la fecha , p a ia p resen ta r lo desarro llado a r e j is ld n por e l Jurado de Examen

E l P ro fe so rtf ín e n ta d o rl i l a . 0 . r j L C o ' v i l M Z i ¿ i j v C . i D J ,

El V oca l d e CarreraI-íG. SALV.-.D ír~^^Z Va Z JJEZ.

l í o . u -j s ZkVioii

El D ir e c to rU é ’ la Escue laJ r . ' i lx « V 0. I i ¡¿ti-ii.»

FABRICACION DE ACETO ACETANILIDA A PARTIR DE FENIL AMINA.

RESUMEN.

I).- INTRODUCCION.II).- GENERALIDADES.III).- ESTUDIO DE MERCADO.IV).- ESTUDIO TERMODINAMICO DE LA REACCION.V).- DESCRIPCION DEL PROCESO.

VI).- CALCULO Y SELECCION DEL EQUIPO.VII).- CONSIDERACIONES ECONOMICAS.VIII).- CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFIA.

- 1 -

R E S U M E N .

La fabricación de productos a partir de materias primas de­rivadas del Petróleo mejor conocida como Petroquímica, hace pen­sar a la mayor parte de los inversionistas que se requiere un — equipo tanto de proceso como técnico y administrativo fuera de— este mundo y por lo tanto fuera de su alcance; si bien, es cier­to que aun cuando antes de pasar del tubo de ensayo a la produc­ción en escala industrial se requiere de una gran seguridad de - tener el proceso adecuado a seguir de tal forma que con ello se- logró la obtención de productos que adquieren una demanda eleva­da por el consumidor. De hecho este proceso desarrollado aquí,no implica una fuerte inversión, dado que con el mismo equipo se — pueden elaborar infinidad de productos de la misma serie, de las llamadas aminas aromáticas; por tal razón debido a la variedad - de productos elaborables posibles, se logra con ello una más fá­cil recuperación del capital invertido.

En el presente trabajo se evalúa la posibilidad de instala­ción de una planta para transformar fenil amina, por medio de — aceto acetilación a Aceto Acetanilida, en el seno de un disolven te orgánico. Como prototipo de las anilidas se desarrolla la lia mada AEA (iniciales del Alemán que se toman del producto denomi­nado Acet - Essig - Anilid) Aceto Acetanilida en Español y dicho proceso sirve también para fabricar, aparte del AEA los siguien­tes:

A E 0 C A Aceto Acetato 0. Cloro AnilidaA E O T L Aceto Acetato 0. ToluididaA E O A S Aceto Acetato 0. AnisididaA E M X Aceto Acetato m. XilididaA E P T I¡ Aceto Acetato p. Toluidida

y otros tantos que emplean como materias primas comunes:

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Xileno.Aceto Acetato Etílico.Trietanol Amina.Alcohol Etílico.

También se realiza un breve estudio de mercado, efectuado - principalmente de fuentes estadísticas, determinando importacio­nes futuras, así como el incremento de la producción nacional pa ra poder fijar la capacidad de producción de la planta. Del estu dio termodinSmico de la reacción se obtuvieron datos que indican la veracidad de la misma y por ende su posible industrialización; notando que el diseño del equipo como complemento del aparato en el,cual se efectúa la transformación no presenta mayor problema, en su adquisición ni en su manufactura como puede observarse en- las consideraciones económicas a las que fue sometido todo el — proceso para, en última instancia, proceder a la elaboración dé­los productos mencionados ya con anterioridad, resaltando sobre todo que la versatilidad de fabricación en los procesos Petroquí micos, augura una rápida expansión de nuestra Industria Petroquí mica asegurando con ello una franca inversión y por lo tanto una efectiva solidez en la producción y el consumo.

- 3 -

Es de todos conocido que en la actualidad los productos de­rivados del petróleo, en su inmensa mayoría son empleados como— simples productores de energía, cuya creciente demanda ha creado la necesidad, cada año en aumento, de contar con una Industria - Petroquímica altamente desarrollada.

Una industria de ésta naturaleza está en la mayor posibili­dad de producir derivados del petróleo, de una mayor densidad — económica, sin embargo, el factor limitativo para el crecimiento de ésta industria, en países en vías de desarrollo o semidesarro liados, es lo pequeño de su mercado, ya que ello origina que se— proyecten plantas a pequeña escala que por lo general son antie­conómicas.

Actualmente la industria Mexicana exige día con día una ma­yor demanda de tales productos, lo que se ve reflejado en las — importaciones actuales en el renglón de la Industria Petroquími­ca.

Esto hace necesario y urgente que se instalen plantas que - se dediquen al procesamiento de los combustibles altamente refi­nados derivados del petróleo, a una mayor escala y con mejores— tecnologías, las que por lo general proceden de países altamente industrializados, lo que ocasiona que se trabaje bajo licencias, concesiones o regalías por los productos o procesos que existen en países ampliamente desarrollados, gravando aun más los costos de producción.

Siendo motivo para que en el trabajo presente se evalúe la- posibilidad de instalación de una planta para transformar Fenil Amina por medio de Aceto acetilación a Aceto acetanilida en el— seno de un disolvente orgánico. Sirviendo con idéntica función - el mismo equipo para fabricar una serie de productos que como — base tienen la Fenil Amina, logrando con este proceso, llamado - Aceto acetilación, la obtención de las anilidas; es decir que no solo se fabricará un producto sino una serie de productos.

INTRODUCCION.

- 4 -

El Petróleo está constituido por una mezcla compleja de hi­drocarburos parafínicos, aromáticos y en mayor proporción olefi- nas y otros productos. Cuando el contenido es bajo en aromáticos se les denomina petróleos de base parafínica y cuando es rico enaromáticos se les llama petróleos naftánicos. Lo anterior en --cuanto se refiere a la formación del petróleo y una vez ya refi­nado se puede decir que las materias primas de mayor importancia para la Industria Petroquímica son:

Las parafinas gaseosas; Metano, Etano, Propano, Butano, y - Pentano. Las parafinas entre seis y diez átomos de Carbono solo-sirven como solventes especiales; las parafinas entre diez y --veinte átomos de Carbono adquieren cada día mayor importancia pa ra la producción de compuestos de elevado peso molecular.

Las fracciones Benceno, Tolueno y Xileno recuperadas por — extracción con solventes de los productos reformados, son mate— riales Petroquímicos altamente solicitados.

Es obvio decir que tales materias se obtienen de los gases de refinería del gas natural, del petróleo y de sus productos.

Las materias fundamentales para la elaboración del produc—to propuesto en este tema, sí bien, aun cuando han recibido ---transformaciones previas, antes de ponerlas en el sistema a reac cionar, se puede decir que son productos derivados del petróleo, puesto que como puede observarse la anilina, base del producto, se obtiene por la reacción del Benceno con el Amoniaco bajo con­diciones de operación especiales y así mismo el Aceto acetato — etílico se obtiene haciendo reaccionar Acetato de etilo con Aci­do Acético. Una vez lograda la reacción de dichas materias pri— mas se obtiene la Aceto Acetanilida; cuya fabricación se hace — más detallada en el capítulo correspondiente; tal como resulta -r este producto no tiene aplicación, por tal razón es un producto

GENERALIDADES.

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in term ed io , e l cual una vez que se copula con d iv e rso s productos

arom áticos N itrod er iva d o s dará como resu ltad o la formación de — d ia zos cuya gama de c o lo re s s in temor a equ ivocarnos cubre la ex

tensa dimensión d e l e sp ec tro crom ático . Las a r i l id a s , como puede

v e rse cuando fungen como d ia zos s irv en de base para p igm en tacio­nes en la s d iversa s form u laciones que se emplean en la e la b o ra — ción de p in tu ras de lo s d iv e rso s t ip o s que en la actu a lidad e x is ten en e l mercado.

V isu a lizando en forma gen era lizad a y en ju s t i f ic a c ió n a su

e labo rac ión vemos que e l consumo de la producción actu a l, es fá ­c i l d e c ir lo , es tá tota lm en te absorbida ya sea por la s fá b r ic a s - que hacen e l procesam iento s ig u ie n te , es d e c ir , la copu lación o

form ación d e l d ia zo , para una vez term inado expenderlo a la s fá ­

b r ic a s de p in turas para la a p lic a c ió n en la s form ulaciones que - e l lo s e laboran ; o b ien la misma fá b r ic a dará margen a la c rea c ió n

den tro de su sistem a de o tro departamento en e l cual se e fe c tú e - la copu lación .

La novedad en cuanto a la s d iversa s ton a lidades que se l o — gran con es tos d ia zos en la s p in turas hace pensar que su p o s ib le

demanda cubra lo s r e q u is ito s , en lo s cu a les se fundamenta la ----in s ta la c ió n de una p la n ta ; siendo hasta és ta época que en la ----República Mexicana empiezan prácticam ente a fa b r ic a rs e t a le s pro

ductos. Por t a l razón , s í e x is t e ca lidad en e l producto e la b o ra ­do, e l mercado nacion al prácticam ente se encuentra v irg en porque

anteriorm ente so lo la im portación cubría la demanda. Los grandes

progresos alcanzados en e s te campo f r u c t í f e r o no se deben a l ----

azar ó a , co in c id en c ias a is la d a s , sino a l es fu erzo de la in v e s ­t ig a c ió n tan to en e l aspecto fundamental como en e l te rren o de -

la s a p lica c io n es . En e l prim er caso la u t i l i z a c ió n de los con oc í

mientos y descubrim ientos c ie n t í f i c o s ; sum inistra la s bases so—

bre la s cuales se fundan lo s adelantos te c n o ló g ic o s . En e l según do caso de la in v e s t ig a c ió n ap licada la d e f in ic ió n de los ob jetiL

vos ó problemas, ayudan a m ejorar ó aumentar lo s rendim ientos de

- 6 -

los procesos de uso a c tu a l, de e l l o podemos d e c ir que:

I . - E l d e s a r ro llo de lo s productos Petroqu ím icos se ha logrado p o r :

a ) E l reemplazo de lo s productos na tu ra les ó a n iv e l de - la m ateria prima, empleando productos de s ín te s is .

b ) . - E l reemplazo de la s m aterias primas s in té t ic a s con pro ductos 6 subproductos más baratos.

c ) . - E l reemplazo de lo s productos n a tu ra le s ; considerados como producto term inado, por productos s in té t ic o s .

d ) . - E l d e s a r ro llo de nuevos productos.

s ) . — Oxeando a c t iv id a d es en la s cuales se requ ieran nuevos m a te r ia le s .

I I . ~ E l d e s a r ro llo de lo s nuevos procesos se ha logrado por:

a ) . - E l reemplazo de lo s procesos.

b ) . - E l mejoramiento y s im p lif ic a c ió n de lo s procesos e x is te n te s .

c ) . - E l d e s a r ro llo de productos tota lm en te nuevos.

A continuación se exponen la s propiedades F ís ic a s y Quími— cas de lo s productos que in te rv ie n en en la rea cc ión .

X I L E N O .

Fórmula C6H4<CH3 )2

Peso M olecu lar 106

Punto de E b u llic ió n

V iscosidad

Densidad a 15 °C.1 5 ° c . 0.862 -3-cm3 Xt m3

15°C. 0.30 c .p .s .

129 a 129.5°C.

Punto de In flam ación

Punto de C r is ta l iz a c ió n26.7 °C.

13.2 °C.

Calor E s p e c ífic o 40°C 0.428—K?a l - g °C

Propiedades F ís ic a s . - L íqu ido transparen te, de o lo r arom ático —

c a r a c te r ís t ic o ; de aspecto a c e ito s o a l ta c to , a l con tacto con la

p ie l provoca la sensación de quemadura por la resequedad produci da a l d is o lv e r la grasa de lo s t e j id o s . Altamente in flam ab le y -

ex p lo s ivo . In so lu b le en agua, muy so lu b le en e t e r , en a lcoh o l —

e t í l i c o y en la mayoría de lo s d is o lv en tes orgán icos . E x isten —

tre s formas ó isómeros d e l X ilen o que son; e l o r to , meta y para- X ilen o . E l o r to o r ie n ta en p o s ic ió n 6, e l meta o r ie n ta en p o s i—

ción 4, e l para o r ie n ta en p o s ic ió n 2 ,3 ,5 ,6 . Se usa como d is o l—

ven te y es obten ido de lo s procesos de "Reform ing" en la r e f in a ­c ión d e l P e tró le o .

Propiedades Químicas. - E l o r to X ilen o reacciona con e l ác ido N í­

t r i c o d ilu id o a l 20% para dar ácido o rto m e t il b en zo ico , a s im is­

mo con e l dicrom ato de p o ta s io se oxida en presen cia de ácido — su lfú r ic o en c a lie n te para dar CC>2 y Benceno. E l meta X ilen o y para X ileno sa t is fa cen la s mismas reacc iones de ox idac ión que se

cumplen en e l o r to X ilen o dando en cada caso como producto de la reacc ión ácido meta m e t il benzo ico y ácido I s o f t á l i c o . E l á c id o - para m e til benzoico y ácido T e r e f t á l ic o se obtienen con e l para X ilen o . E l o.m. y p. X ilen o también se n itra n , se su lfonan y se -

halogenan. E l uso que preferen tem ente t ie n e como d is o lv e n te é s te

compuesto hace que su ex tensión en cuanto a propiedades químicas

se vean un tan to reducidas con resp ec to a lo s demás productos.

F e n il Amina

(A n ilin a )

Fórmula

Peso M olecu lar Densidad a 15°C.

V iscosidad 15°C.

Punto de E b u llic ió n

Punto de In flam ación

Punto de C r is ta l iz a c ió n Calor E s p e c íf ic o

Calor La ten te de V aporizac ión

Calor de Combustión Cp.

Propiedades F ís ic a s . - L íqu ido in c o lo ro , cuando l e da la lu z o e l a ire se pone c o lo r ambar, de o lo r pungente c a r a c te r ís t ic o , cono­

cido también como a c e it e de A n ilin a , provoca quemaduras purulen­

tas a l con tacto con la p i e l , produce la sensación de nauseas y -

a s f ix ia una la rg a exp os ic ión a sus vapores. Es m isc ib le en todas proporciones con a lco h o l e t í l i c o , e te r e t í l i c o y Benceno, so lu —

b le en la mayoría de lo s d is o lv e n te s o rgán icos . Cien partes de - agua a 25°C. d isu e lven 3.5 partes de A n ilin a , y ; a 90°C. d is u e l­

ven 6.4 partes de A n ilin a . Cien partes de A n ilin a a 25°C. d is u e l

ven 5.0 partes de agua; a 90°C. d isu e lven 9.9 pa rtes de agua.A -

continuación se e n l is t a la p res ión de vapor a d iv e rsa s temperatu

C6H5NH293.121 025 9 kg toní.U ^ i 3 ' i f . 3

cm m8.5 C. P.

184.4°C.7 6 °C.

-6 .2 a - 5 .9 °C.0 .5 1 8 - ^ | i- g C

ca l gramo

ca l gramo

113.9

815 ca l

- 9 -

Tabla 1

Temperatura. °C P res ión de Vapor Temperatura °C. P res ión de Vapor

Propiedades Químicas. - La a n ilin a se considera la amina arom áti­ca más s e n c i l la , experim enta la s reacciones d e l grupo amino y — las d e l núcleo arom ático; a continuación se dan algunas de la s - reacciones más im portantes d e l grupo amino:

a ) . - Los ácidos reaccionan con a n ilin a para dar s a le s , muchas de

la s cuales son muy s o lu b le s : la más im portante es e l C lorh i dra to llamado s a l de a n ilin a .

b ) . - La a c ila c ió n produce a n ilid a s por ejem plo:

La A ce ta n ilid a . ( CH3 - CO NHCgH5 ) .

c ) . - La a n ilin a reacc iona con lo s elementos m etá licos para dar:

( CgHg NHM ) en donde M es un elemento m onovalente.

Además la a n ilin a y sus derivados de su b s titu c ión con d iazoa

dos fác ilm en te y reaccionan con componentes arom áticos para producir compuestos a zo icos . Con aldeh idos aromáticos reacc iona —

para dar añ ila s o bases de S c h if f C-H.. N:CHR. La ox id ac ión de —b ola a n ilin a puede comprender e l grupo amino o e l núcleo arom áti—

co. Se d is tin gu en dos c la ses de oxidan tes con resp ec to a la a n i­l in a :

1 ) . - Los que como e l peróx ido de Hidrógeno y e l á c id o de — Caro adicionan oxígeno a la molécula de a n ilin a y forman produc­

tos unim oleculares F e n il h id ro x i l amina ( C,H,. NHOH ) ; N itro s o -o 5benceno ( CgH5 NO ) ; N itr o benceno { CgH5 NO.,); e t c . y productos

bim olecu lares como: Azoxibenceno C,Hc (NON)C,Hc ; Azobenceno ------0 3 0 3

mm Hg mm Hg

175169162

600

500400300

13911910277

200100

5015151

- 10 -

2 ) . - Oxidantes como e l ác ido Crómico, e l C lo ra to de Sodio,e l ácido p e rs u lfflr ic o ( H ^ O g ) y e l d ióx ido de Plomo, q u e ----extraen Hidrógeno d e l grupo amino y forman b im olecu lares (azo----benceno, fen ilqu inonad im ina, p. HN: CgH4: NCgH^) productos p o l i -

m oleculares (esm erald ina, n ig ra n ilin a , negros de a n ilin a , v e r— deantes y no verdean tes , v io la n i l in a , e tc . ) y quinona.

La reducción de la a n ilin a produce p rinc ipa lm en te c ic lo h e - x ilam ina. (CgH^ NH2) .

El grupo amino su ele ser o rto -para d ir e c to r . A s í la h a lo— genación con c lo ro o bromo forma 2,4,6 t r i c lo r o a n ilin a ó 2 ,4 ,6

tribrom o a n ilin a . La n it r a c ió n para producir e l N- N itr o d e r iv a - do (llamado fe n iln itra m in a ó n i t r a n i l id a ) , CgH5NHN02 ; se puede

e fe c tu a r mediante la acción d e l NOg ó d e l anh idrido a c é t ic o por e lim in ac ión de agua.

La a lq u ila c ió n y la a r i la c ió n en e l átomo de n itrógen o se puede e fe c tu a r por muchos métodos para la preparación de aminas secundarias y t e r c ia r ia s . Se pueden usar haluros de a lq u i lo , —

su lfa to s de a lq u ilo s (como e l su lfa to d im e t í l ic o ) y su lfon a tos de a lq u ilo (como e l p. to luen su lfonato de e t i l o ) .

- 11 -

A ceto A ceta to E t í l i c o

( A E E )

Fórmula CH3 CO CH2 COOC2 H5

Peso M olecu lar 130.14

Densidad a 15°C. 1.030 -2 y ;-5___; toncm m

V iscosidad 15“ C. 5.393 c . p. s.

Punto de E b u llic ió n 180.4°C.

Punto de C r is ta l iz a c ió n -45 a -43°C.

Punto de In flam ación 26.7°C.

Calor E s p e c ífic o 0.428 g~'ag—

Calor Laten te de V aporizac ión 380 —a l9

Calor de Combustión

Temperatura C r ít ic a 271 °C.

Propiedades F ís ic a s . - L íqu ido in co lo ro de o lo r aromático agra ­

dable.Es e l m ejor conocido de lo s ^ c e to é s te r e s , y es e l ejem plo c lá s ic o de tautomerismo. E l é s te r o rd in a r io consta de una mez­c la en e q u i l ib r io de la s formas ce to y en o l:

CH3C0CH2C00C2H5 ===== CH3C (OH) : CHCOO^Hg

Dicha mezcla con tien e aproximadamente 7% de la forma en o l.

La forma ce to pura que separa a -78°C. forma c r is t a le s cuyo — punto de c r is t a l iz a c ió n es de -3 9 °C. Se usa en s ín te s is orgáni^

cas y como in term edio en la producción de muchos co lo ran tes y medicamentos.

Propiedades Q uím icas.- El aceto aceta to e t í l i c o es ligeram ente

ácido y con c lo ru ro f é r r ic o da c o lo r v io lá c e o . Es un compuesto muy a c t iv o por razón de la co ex is ten c ia de un ca rb o n ilo , un — grupo ca rboe tox i (CjH^OOC-) y un m etileno a c t iv o en la molécu­

la . Su propiedad de experim entar un número extraord inariam en te

- 12 -

grande de transform aciones hace de é l una de la s substancias - más im portantes en la s ín te s is de compuestos o rgán icos .

a ) . - Reacciones en que só lo p a r t ic ip a e l grupo m etileno . El derivado sód ico de a ce ta to de e t i l o con haluros de a lq u ilo

produce m onoa lqu ilacetoaceta tos de e t i l o , CH3COCHR; COOC2H5, que pueden ser a lq u ila d os aun más y con vertidos en d ia lq u i la —

ce toace ta tos de e t i l o , CH3 COCR2COOC2H5. La a lq u ila c ió n de ace to a ce ta to de e t i l o se puede e fec tu ar también con su lfa to s de- a lq u ilo en so lu c ión de h id róx ido de po tas io de 20% ó con a lc o ­

ho les Ó é te res en p resen cia de t r i f lu o ru r o de boro se ob tiene v in i la c e to a ce ta to de e t i l o mediante la rea cc ión de a c e t ile n o

con a cetoace ta to de e t i l o en presencia de s u lfa to m ercúrico a - menos de 30°C; puede s e r v ir para la p o lim er iza c ión formando —

m ateria les res inosos Condensando ha logenoacetato de e t i l o , co­mo CH2ClCOOC2Hg, con aceto aceta to de e t i l o se forma a c e t i l —

succinato d i e t í l i c o , CH3C0CH(OCCH3) COOC2H5 . Mediante la ac—

ción d e l Yodo se conjugan dos moléculas d e l d erivado sódico de aceto aceta to de e t i l o para formar d ia c e t i l succinato -d i e t í l i c o , C2H5OOCCH(COCH3) CH(COCH3> COOC2H5 .

b ) . - Reacciones en que p a rtic ip a n lo s grupos ca rbon ilo yca rb e to x i. El aceto a ce ta to de e t i l o con a n ilin a en baño maría

produce -a n ilin -c ro to n a to de e t i l o ; C-H.NHC(CH_) : CHCOOC-H,,o d ó 2 5 -

( la forma tautomera de la a ñ ila C,HcN : C(CH,) CH_COOC-Hc) y -o o J 2 2 5

a temperatura de 130 a 140°C en tubo cerrado forma aceto acetan i l id a C H3 COCHEO. NHCgH^

- 13 -

T r ie ta n o l Amina

Fórmula n (C ^ O H ) 3

Peso M olecu lar 149.19

Densidad a 15°C 1.125— 2^., -| 2 — f fcogcm m

V iscosidad 15°C. 491 c .p .

Punto de E b u llic ió n 360°C.

Punto de C r is ta l iz a c ió n --------

Punto de In flam ación - - -

Temperatura C r í t ic a 540°C.

Calor La ten te de V aporizac ión 750 2 £ í_gCalor E s p e c ífic o

Propiedades F ís ic a s . - Las e tan o l aminas son líq u id o s de a l t o -

punto de e b u ll ic ió n , in co lo ro s a 30°C de o lo r am oniacal, v is c o

sos y más densos que e l agua. Su a lc a lin id a d es comparable a -

la s de la s a lq u i l aminas sim ples son m isc ib les con agua y a leo

ho les en toda p roporc ión , pero ca s i in so lu b les en d is o lv e n te s

monopolares como e l e t e r . Tienen señalada h ig roscop ic id a d y —

reaccionan fá c ilm en te con d ió x id o de Carbono y o t ro s gases á c i

dos. Algunas de e l la s poseeen a c t iv id a d f i s i o l ó g i c a ; por ejem­

p lo : se cree que la monoetanol amina inh ibe e l d e s a r ro llo ce lu

la r , con str iñ e lo s vasos sanguíneos, ocasiona convu ls ion es, —

d isnea, aumento de la tensifin sanguínea y estim ula e l corazón .

Propiedades Quím icas.- La e tan o l aminas son amino a lcoh o les —

(h idróxiam inas) que se pueden considerar como derivados d e l —

amoníaco (NH^), en que por lo menos uno de lo s átomos de H idró

- 14 -

geno es reemplazado por e l r a d ic a l 2 -h id r o x ie t i lo -CH2CH2OH. -

No son compuestos n a tu ra le s , pero se c ree que la monoetanol —

amina es uninterm edio en la s ín te s is b ioqu ím ica de la C o lin a .

Aunque la s e tan o l aminas son de na tu ra leza b ifu n c io n a l, entran

de manera predominante en reacc iones c a r a c te r ís t ic a s de la s ami

ñas y amoníaco para formar derivados am ín icos. Con ácidos f o r ­

man sa les ó jabones; con anh ídridos; e s te r e s , con haluros de - a c i lo ; amidas su b s titu id as y reaccionan con ha luros de a lq u i lo ,

a ldeh idos y cetonas para formar lo s correspon d ien tes derivados

a lq u í l ic o s . En c ircu n stan c ias fa vo rab les pueden reacc ion ar en- la s s igu ien tes form as:

a ) . - Por a d ic ió n .- Los ácidos h a logen h íd rico? y c ie r to ? -

ácidos orgán icos como e l p -n itrob en cen zo ico , reaccionan con —

etan o l aminas para formar s a le s ;

hoch2ch2nh2 + h c i hoch2ch2nh3 + c l ~

Las etan o l aminas se combinan fá c ilm en te con ácidos g ra — sos, como e l o le ic o y e l e s te á r ic o , para formar jabones cuya - con s is ten c ia depende más d e l ácido graso que se emplee que la

e tan o l amina. La rea cc ión de sa p o n ifica c ión se e fec tú a s in ge­neración de agua.

b ) . - Por su b s titu c ión en uno ó más átomos de h idrógeno en e l grupo amino. Se pueden preparar a lcan o l aminas N- s u s t i tu i­

das tratando etanolam inas que contienen uno ó dos N- H idróge—nos con gran variedad de r e a c t iv o s , como haluros de a c i lo , a l ­dehidos en presen cia de un agente redu ctor, ácidos a lca n o ico s ,

haluros de alqueno, haluros de a lq u ilo , haluros de a lq u ilid e n o ,su lfa to s de a lq u i lo , haluros de a r i l s u l fo r i l o , cetonas en ----

presencia de un red u c to r, haluros y d ih a lu ros de n i t r o a r i lo , - ácido y anhidrido i t á l i c o s . Por ejemplo la reacc ión de s u l fa — tos de a lq u ilo con monoetanol amina se puede rep resen ta r de la

- 15 -

s igu ien te manera:

hoch2ch, nh2 + r2so4- - - - - - - ^ boch CH2» á 2« + roso2o_

c ) . - Por su bstitu c ión d e l átomo de Hidrógeno d e l H id rox i-

l o . - Varios ácidos c a rb o x íl ic o s o su lfón icos a l i f á t i c o s y a ro­máticos reaccionan con etanolam inas t e r c ia r ia s para formar lo s ás te res co rrespond ien tes, según se in d ica a con tinuación .

(H) CH2CH2) 3N + 2RC00H--------- ^ HOCH2CH:¿N (CI-. Cí^OOCR) 2f 0

Tales condensaciones se suelen e fec tu a r por ca len tam iento con­

tinuo a temperatura bastan te a lta para e lim in ar agua.

Con ácido s u lfú r ic o y c a lo r la s etanolaminas producen —

s u lfa to ácido de amino a lq u i lo ; con ácido n í t r ic o de 36% fo r — man e l n it ra to correspond ien te .

d ) . - Por su b s titu c ión d e l grupo h id r o x i lo . - Con c lo ru ro - de t io n i lo o penta c lo ru ro de fó s fo ro puede ser su b s titu id o - por un átomo de c lo ro . Por e jem plo: La e tilen d ie ta n o la m in a , —

tra tada con c lo ru ro de t io n i lo en so lu c ión de c lo ro form o y en- baño de maría dá rendim iento de 75% de 2.2 d ic lo r o N m e t il d i¡ t i l amina, (C1C2H4) 2NC.Br . Se ha dado e l nombre de "mostazas -

n itrogenadas" a la 2.2 T r ic lo r o t r ie t i la m in a , 2.2 d ic lo r o N me

t i l amina Cl (C2H4) 2NCH.: y 2 .2 .2 " t r i c lo r o t r ie t i la m in a t r i s

(2 C lo r o e t i l ) amina, (C l C2H4) _ por su semejanza e s tru c tu ra l- con e l gas mostaza (C l C H(, ; ,, S y por su propiedad ves ica n te .

E l p o s ib le v a lo r te ra p éu tico de la s mostazas n itrogenadas en - e l tra tam ien to de la enfermedad de Hodgkin, e l lin fosarcom a y

la leucem ia, ha hecho que crezca e l in te ré s en e l la s , y que —

és te sobrepase a l que habían despertado como agentes químicos para la guerra.

- 16 -

Peso M olecu lar 46

Densidad a 15°C. 0.815-2— ,*<2— ' £oncm3 Xt m

V iscosidad 15°C. 1.7 c .p .s .

Punto de E b u llic ió n 74.5 a 79.5°C.

Punto de In flam ación 23.9°C.

Punto de C r is ta l iz a c ió n -114°C.

Temperatura C r ít ic a 155°C.Cal

Calor La ten te de V aporizac ión 162 — —

Calor E s p e c ífic o 0.3 86

Propiedades F ís ic a s . - E l a lcoh o l e t í l i c o es e l a lco h o l co rr ien

te d e l comercio conocido como e s p ír itu de v in o , que se ob tiene en grandes cantidades por ferm entación de líq u id o s azucarados. Es un líq u id o c la r o como e l agua, de o lo r e s p ir itu o s o y f á c i l ­

mente in flam ab le . Por fu e r te en friam ien to toma aspecto sirupo­so y luego s o l i d i f i c a , transformándose en c r is ta le s .A rd e con

llama azu l p á lid a poco luminosa; lo s a lcoh o les acuosos arden - hasta un conten ido en a lcoh o l d e l 50%. E l a lcoh o l es h ig roscó ­

p ico y se mezcla con e l agua en todas proporciones con contra£

ción y desprendim iento de c a lo r . La máxima con tracc ión t ien e -

lugar cuando se mezclan 52 volúmenes de a lcoh o l y 48 de agua, e l volümen de la mezcla a 20°C. Só lo a lcanza 96.3 en lugar de 100. La mayor p a rte d e l a lcoh o l se consume en bebidas a lc o h ó li

cas. En pequeñas cantidades acttía sobre e l organismo como e s t i

mulante, en más cantidad como n a rcó tico y en grandes can tida—

des es un tó x ic o . En e l organismo se quema ca s i completamente

dando anh ídrido carbón ico y agua. En la in d u s tr ia se emplea — para la preparación de lacas y b a rn ices , en la ob tención de —

A l c o h o l E t í l i c o

F ó r m u l a C ^ H ^ O H

- 17 -

m aterias y co lo ran tes y productos farm aceú ticos y como d is o l— ven te .

Prop iedades Químicas. - Como a lcoh o les se designan las combina­

c iones orgán icas que contienen e l grupo monovalente -OH unido- a un átomo de carbono. Los a lcoh o les se le s puede suponer como derivados de lo s h idrocarburos por su b s titu c ión de Hidrógeno ó por h id ro x i lo .

Los a lcoh o les de la s e r ie homóloga Cn H2n + 1 OH se d e s i£

nan con la palabra a lcoh o l seguida de la formada por la r a íz - d e l r a d ic a l a lc o h í l ic o en e l lo s conten ida terminada en ic o : — a lcoh o l m e t í l ic o a lcoh o l e t í l i c o ; e t c . ó se le s nombra añadien

do la p a r t íc u la - o l , a l , nombre de h idrocarburo correspondien­t e : m etanol, e ta n o l, propanol, e tc .

Los a lcoh o les cuyo - OH es ta unido a un átomo de carbono prim ario se le s denomina a lcoh o les p r im ario s , s i e l grupo h i— d ro x ilo e s ta unido a un átomo de carbono secundario ó t e r c ia —

r io se hab la , respectivam ente de a lcoh o les secundarios y t e r — c ia r io s . Los a lcoh o les están represen tados por la s fórm ulas:

R - CH^OH A lcoh o les p rim arios

R - CH(OH) - R A lcoh o les secundarios

E s tru c tu ra .- E l a lcoh o l e t í l i c o , d e l cu a l se d e r iva e l nombre gen érico de toda la s e r ie , responde a la composición C2HgO. -

Para la co n stitu c ió n de Una combinación de es ta fórmula bruta

solamente hay dos p o s ib ilid a d es representadas en la s s igu ien — tes fórm ulas:

R

A lcoh o les t e r c ia r io s

R, R^y R son ra d ic a le s monov.R

- 18 -

La combinación de fórmula I con tiene un átomo de h id róge­

no unido de d is t in ta manera que lo s cinco re s ta n te s , e l unido- a i ox ígeno .

En la combinación I I . por e l c o n tra r io , lo s átomos de h i ­

drógeno son equ iva len tes y están unidos de la misma manera.Los a lcoh o les poseen un átomo de h idrógeno e s p e c ia l, como lo demues tra su comportamiento fr e n te a l sod io m e tá lic o : una m olécula -

gramo de a lcoh o l e t í l i c o pone en lib e r ta d un átomo de h id róge­no y o r ig in a a l mismo tiempo una combinación: C2H5 :ONa a lcoh o-

la to de sod io , que se descompone por e l agua en NaOH y a lc o h o l.

E l a lcoh o l e t í l i c o fr e n te a lo s halogenuros de fó s fo r o , - habla en fa vo r de la unión e s p e c ia l de uno de lo s átomos de —

hidrógeno en la m olécula d e l a lc o h o l. En la acc ión d e l tr iyod u ro de fó s fo r o se o r ig in a e l yoduro de e t i l o :

3C2H5 OH + P I3-----------5-3C2H5 I + P (OH) 5

es d e c ir , es elim inado d e l a lc o h o l, a l mismo tiempo que e l ----

ox ígeno , un átomo de h idrógeno. E l yoduro de e t i l o se puede — nuevamente transform ar en a lco h o l por tra tam ien to con lo s á lca l i s y m ejor aún con h id róx ido a rg én tic o .

C 2H 5 I + A g O H > ------ •>- C2 H5 OH + A 9 X

todas es tas transform aciones no son pos ib les por la fórmula —I I . antes propuesta, m ientras que todas e l la s están en p e r fe c ­

ta armonía con la fórmula I . Por es ta s e r ie de reacc iones se -

ha comprobado la p resencia de un grupo h id ro x ilo en la molécu­la de lo s a lcoh o les .

Por lo tan to e l grupo -OH determina la función química de lo s a lcoh o les y se le s denomina grupo fu n c ion a l.

- 19 -

ESTUDIO DEL MERCADO. - Una d e f in ic ió n de l o que un es tu d io de—

mercado pretende se puede enmarcar como a continuación se ex— p resa :

"La in v es t ig a c ió n de mercados es un a n á lis is s is tem ático d e l problema; construcción de un modelo y determ inación de he­chos, con lo s fin e s de lo g ra r una toma de d ec is ion es y un con­t r o l mejorados para poner en e l mercado b ienes y s e r v ic io s " .

Sin embargo con lo anted icho no se desea f i j a r t a l d e f i— n ic ió n , como s í e l l o fu era la máxima expres ión de t a l cu es tión . Dada la ex tensión y en e s p e c ia l su campo de a p lica c ió n la in —

ve s t ig a c ió n de-mercados im p lica una d iv e rs id ad de conceptos, - los cuales están en constante m od ifica c ión sino en aumento,por t a l m otivo aqui tan so lo se hará mención de algunos sin l le g a r a p ro fu n d izar en e l tema por e s ta r lim itados de esp ac io ; impo­

s ib i l i t a d o s para hacer un profundo a n á lis is podemos d ec ir que:

Las con tribuciones que la in v e s t ig a c ió n de mercados hace a la - d ire c c ió n y adm in istración de a c tiv id a d es de es ta esp ec ia lid a d puede d iv id ir s e en c in co p a r te s :

a) A n á lis is d e l s ig n if ic a d o y d e l ámbito de la s a c t iv id a ­des de la in v es t ig a c ió n de mercados.

b) Método a segu ir en la in v e s t ig a c ió n de mercados.

d e f in ic ió n d e l problema reunión de datos

construcción d e l modelo in te rp re ta c ió n de datos

c) E s tra teg ia s p r in c ip a le s para la reunión de d a to s :

in v e s t ig a c ió n

fuen tes secundarias observación

experim entación en tre v is ta s persona les

d) Evaluación de lo s resu ltad os de la in v e s t ig a c ió n .

e) A p lica c ió n d e l método c i e n t í f i c o y de la c r e a t iv id a d .

- 20 -

Es ev id en te también que para s e le c c io n a r un proceso de — lo s m ú ltip le s que en la t e o r ía resu ltan 6 que pueden ser elabo

rados a p a r t ir de m aterias primas derivadas d e l p e tró le o ; se -

deben e l e g i r a qu e llos que económicamente presentan in te r é s .

Un sim ple a n á l is is económico nos puede dar una c la ra idea

hacia donde debe encauzarse la in v e s t ig a c ió n dentro de un pro­ceso petroqu ím ico en p a r t ic u la r ; ya sea hacia la te cn o lo g ía ó

hacia la su b s titu c ión de la m ateria prima, t a l s itu a c ió n la po demos e je m p lif ic a r haciendo la considerac ión a c tu a liza d a , en -

lo s procesos en lo s cuales la te c n o lo g ía rep resen ta menos d e l

20% d e l costo d e l producto f in a l ; s e r ía poco in te resan te d ed i­car es fu erzos a l mejoram iento de la misma, porque probablemen­te la m ateria prima sea e l fa c to r mSs caro en e l p rec io d e l — producto f in a l , por lo que se puede pensar que; e l o b je t iv o de

la in v e s t ig a c ió n s e r ía , en e s te caso, s u b s t itu ir la m ateria —

prima por o tros productos más b a ra tos , es d e c ir a taca r e l fa c ­to r más oneroso ó l im ita t iv o d e l proceso.

Dentro de un proceso en p a r t ic u la r es f á c i l v e r la d ir e c ­c ión ló g ic a de la in v e s t ig a c ió n ; pero en la In d u s tr ia Petroquí^

mica es más d i f í c i l encauzarla , dados lo s m ú ltip le s fa c to re s y lo s grandes cambios que es tos su fren .

La in v e s t ig a c ió n en la In d u str ia Petroqu ím ica e x ig e bas— tan tes es fu erzos tan to en tiem po como en d in ero .

Con todo lo an teriorm ente expuesto lo s medios empleados -

aquí para hacer e l a n á lis is d e l mercado d e l producto, fu eron - lo s obten idos de fuen tes secundarias, lo s cuales se encuentran

compendiados en lo s anuarios de e s ta d ís t ic a de la S e c re ta r ía - de In du str ia y Comercio y de la producción nacional en la s es­ta d ís t ic a s de la N aciona l F in an cie ra ; con ta le s datos se proce

d ió a co n s tru ir g rá f ic a s para tener una más f á c i l v is u a l iz a ----

ción tan to de las im portaciones fu turas como d e l increm ento de la producción nac ion a l.

- 21 -

Del Anuario de E s ta d ís t ic a de la S e c re ta r ía de In du str ia y Comercio se ob tuvieron lo s s igu ien tes in form es:

Im portación de Aceto A ce ta n ilid a .

Año Kg. M iles de Pesos M.N.1965 52 004 462,524

1966 66 070 565,2741967 62 006 493,9301968 25 006 225,754

1969 27 447 278,2111970 21 000 216,2841971 10 1,521

Observando que la s im portaciones han decrec ido de t a l fo r ma que en la actu a lidad pueden considerarse que son nulas; y - dichos va lo res quedan representados en la g rá f ic a # 1.

Valores que son prácticam ente nulos puesto que según en - e l anuario de e s ta d ís t ic a de la S ecre ta r ía de In d u str ia y Co— mercio se observa que e l costo d e l producto importado aumenta

cuando se t ra ta de pequeñas cantidades. A sí mismo de las in fo r maciones e s ta d ís t ic a s obten idas en la Nacional F in an ciera nota

mos que es a p a r t ir d e l año 1969, cuando comienza a e labo ra rse

e l mencionado producto aquí en la República Mexicana, incremen

tando su capacidad de producción en e l momento mismo en e l que o tras naciones proceden a imponer una sobretaza d e l 10% a todo

producto que sea adqu irido de im portación v a lo r g ravab le para- lo s costos d e l consumidor, siendo de hecho que e l p re c io de ad

qu is ic ión dentro d e l mercado nacional mejore y por e l l o se ha­ya incrementado la demanda d e l mismo producto.

- 22 -

Los datos que aparecen contenidos en la s e s ta d ís t ic a s de

la Nacional F in an ciera con resp ec to a la producción de a ce to -

a c e ta n ilid a , se r e f ie r e n a p a r t ir d e l año 1969 considerando — que con a n te la c ión a e s te año, no e x is t ía n fá b r ic a s que produ­

jeran la Aceto A c e ta n ilid a y lo s datos ob ten idos son:

No pudiendo obtener más in form ación , que la conten ida en

esas e s ta d ís t ic a s de la mencionada in s t itu c ió n , dado que a pe­sar de e x i s t i r compañías que se dedican a la e lab o rac ión de — pigmentos y co lo ra n te s , es tas no proporcionan datos n i otorgan

fa c il id a d e s para sa b e r lo s . Por t a l razón con la escasa inform a c ión recop ila d a se p roced ió a co n s tru ir la g r á f ic a # 2. Todo -

es to es un b reve compendio, de lo que en rea lid a d req u ie re un-

a n á lis is de mercado, como se h izo notar a l p r in c ip io d e l ca p í­tu lo , debido a la fa l t a de mayores y m ejores medios para l o ----

g ra r lo no queda mas que r e c u r r ir a la in s u f ic ie n te in form ación otorgada por la s in s t itu c io n e s antes mencionadas.

Producción A ceto A ce ta n ilid a

Año Kg

1969

19701971

1972

38 000

47 00049 30050 215

G r á f i c o . $ 2

? / Io í> i/ c c / o a / A c < r / ¡ ? r f c e r w u / O

/¿s/s P/iores/eiv*t ¿¿/< i /o O / v r / v f 6 o ?

E J /Q /Í / / > / / S 9 7 A

- 23 -

Una vez conocidas la s tendencias tan to de la s im portac io­

nes como de la producción nacional se procede hacer 6 m ejor di cho conocer cual es la tendencia de producción nacional con e l p rop ós ito de f i j a r la capacidad actu a l de la p lan ta , ten iendo-

en cuenta además la s p o s ib le s flu ctu ac ion es d e l mercado n ac io ­

nal a s í mismo la creac ión de nuevas plantas que tengan e l mis­mo g ir o de producción. Para lo g ra r t a l o b je t iv o se proced ió a ca lcu la r la re c ta de la tendencia de producción por e l método- de lo s mínimos cuadrados y e l la queda comprendida dentro de — la s s igu ien tes ecu aciones:

Y = a + bx ----------------------------- (1)

Y = Na + b 2 x --------------------------(2)

2 X Y = a x + b -S x ^ ------------------------ (3)

En la s cu a les :

Y Producción de Aceto A ce ta n ilid a Ton.

X Factor supuesto.

N Número de Años.

a Ordenada a l o r ig en .

b Pendiente de la re c ta .

Año Y X2

XY X

1969

197019711972

3847

49.350.215

- 2

-1

2

1

-76-47

49.3100.430

14

4

1

No = 4 XY=204.515 ZX=0 SXY=26.730 3E X2=10

- 24 -

Substituyendo v a lo re s en la ecuación (3)

26.730 = a ‘ 0 + 10b

• * b = — j-g = 2.673 b = 2.673

Substituyendo va lo re s en la ecuación (2-)

204.515 = 4a + 0 . b

a = 2°4 -515 = 51.128 a = 51.128

Aplicando la ecuación (1) tenemos

Y = a -i- bx

1969

Y1970 = 51*128 + 2.673 ( -1 ) = 48.455

Y1971 = 51•128 + 2 . 6 7 3 ( 1 ) = 53.801

Y1972 = 51*128 + 2* 673 ( 2 ) = 56.474

Los va lo res a s í ob ten idos nos perm iten determ inar una cur

va la que una vez constru ida gráficam ente nos hace ve r que se t ra ta de una r e c ta por medio de la cual nosotros podemos v e r , ó hasta c ie r to punto p red ec ir de acuerdo con e l consumo, cua l

puede ser la capacidad en e l momento a ctu a l de la p lan ta t e — niendo en cuenta e l incremento en e l consumo d e l producto en

lo s años fu tu ros . La tendencia de la producción se puede obser var en la g r á f ic a # 3 .

- 25 -

La p ersp ec tiva de un gran incremento en la demanda de —

Aceto A ce ta n ilid a hace p o s ib le suponer que se puede fa b r ic a r —

desde e l momento a ctu a l la cantidad que se lo g ra f i j a r por la

in te rse cc ió n de la re c ta de tendencia con lo s puntos r e fe r e n ­

tes a la producción fu tura y e l año en e l cua l se obtendrá; -

siendo hasta e l año de 1983 cuando se tenga una producción de

96 Ton/Año. Lo cual a l parecer no o fr e c e ninguna ven ta ja mas

s in embargo la capacidad de producción de la s plantas en fun­

cionam iento actualmente nos hace comprender todo lo c o n tra r io ;

puesto que e l incremento en la capacidad de la p lan ta será de

54% ten iendo con és ta una gran parte para s a t is fa c e r e l merca

do nacion a l a s í como para lo g ra r la conquista de mercados ex­

t e r io r e s .

Es ló g ic o ve r que de acuerdo a estas considerac iones que

la capacidad de la p lan ta se f i j e en 100 Ton/Año para un año

- ca len dario de 333 d ía . Laborables.

- 26 -

ESTUDIO TERMODINAMICO DE LA REACCION. - Un es tu d io de es ta na—

tu ra le za req u ie re de antemano e l conocim iento de d iverso s con­

ceptos lo s cuales Son considerados bás icos en la Termodinámi— ca; e l l o s pueden enunciarse en la forma s ig u ie n te :

A ) . - Prim ero y segundo P r in c ip io s de la Termodinámica.B ) . - E n ta lp ia .

C ) . - E n trop ía .

D )C a p a c id a d C a lo r í f ic a .

E x isten o tros tan tos que también son de im portancia --------

tra scen d en ta l; lo s cuales aun cuando no se mencionan no se pre

tende con e l l o t r a ta r de e lu d ir su s ig n if ic a d o o re la c ió n den­t r o de un a n á lis is p re lim in ar de una reacc ión quím ica, s in o —

que por e l c o n tra r io red u c ir a l máximo p o s ib le todo lo r e fe re n te a l tema. Sin embargo siempre es deseab le lo g ra r térm inos —

que sean, necesariam ente, lo más e x p l íc i t o s para l le g a r a un -

entendim iento c la ro y que concuerde con hechos ya e s ta b le c id o s .

De hecho se puede considerar que e l prim er p r in c ip io de -

la termodinámica se basa en la Ley de la Conservación de la —E nergía , la cual hace notar en forma por demas ev id en te que:

"La en erg ía no se crea n i se destru ye, aun cuando setransform e en o tra forma de e n e rg ía " .

Debe hacerse notar que la le y de la conservación de la —

en erg ía es sen cillam en te e l resu ltad o de tra b a jo s experim enta­le s , y en e s p e c ia l de la im p os ib ilid a d de cu a lqu ier forma de

movimiento perpetuo. A s í mismo debe ten erse en cuenta que ta —

le s experim entos son u n ive rsa les quedando e s ta b le c id o finalm en te en la s igu ien te forma; E l Prim er P r in c ip io de la Termodiná

m ica:

"La en erg ía t o t a l de un sistem a y su r e c ip ie n te térm ico debe permanecer constan te, aunque pueda cambiar de una forma en o t r a " .

- 27 -

La base d e l segundo p r in c ip io de la termodinámica se r e ­f i e r e a que:

"Todo proceso natural o espontáneo, es d e c ir que, aquel

proceso que t ie n e lu gar s in ninguna in te r fe r e n c ia ex— t e r io r , es i r r e v e r s ib le " .

De la s observaciones hechas en la p rá c t ic a en e l in ten to de c o n v e r t ir .c a lo r completamente en tra b a jo conduce a expre— sar en o tra forma:

E l Segundo P r in c ip io de la Termodinámica:

"Es im posib le co n s tru ir una máquina que funcionando en -forma c íc l i c a pueda c o n v e rt ir por completo ca lo r en lacantidad eq u iva len te de tra b a jo s in producir ningún cam­b io en alguna o tra p a r te " .

Im plíc itam ente en ta le s conceptos es tá cada una <de la s — propiedades ex ten s ivas que ca rac te r iza n a todo sistem a id e n t i­

ficad as como e l contenido c a lo r í f i c o 6 en ta lp ia la cual puede expresarse como:

"E l c a lo r t o t a l producido por un sistem a sometido a p re­

sión Ó volumen constante depende exclusivam ente d e l estado ac­

tu a l d e l sistem a, a l cu a l se le denomina conten ido c a lo r í f i c o 6 E n ta lp ia ".

Acostumbra rep resen ta rse la en ta lp ia como un incremento, que generalm ente es AH.

La Entrop ía es un térm ino termodinámico que denota todas

la s formas de cambio de c a lo r e x is ten tes en e l sistem a, es de­

c i r depende exclusivam ente de lo s estados in i c i a l y f in a l d e l sistema y se expresa algebraicam ente como AS.

- 28 -

En tan to que la capacidad c a lo r í f i c a de un sistem a dado - se d e fin e como la cantidad de ca lo r n ecesaria para e le va r la - temperatura en 1 °C.

Una vez d e fin id o s dichos términos procedemos a ca lcu la r

todas la s propiedades termodinámicas de la rea cc ión :

Las cuales serán determinadas por e l método de la s c o n tr i

buciones de grupo por no contar con s u fic ie n te in form ación . En

la tab la que a continuación se presenta se e n l is ta un número -

de propiedades con la s cuales podremos comenzar hacer los c á l ­

culos necesarios para e l a n á lis is p re lim in ar de la rea cc ión :

+ ch3 ~co. CH .,-0 0 0 . Cí^-CH^

- 28 -

Tabla 2

Propiedades termodinámicas a p a r t ir de con tribuciones de grupo.

REACTIVOS.

Grupo E n ta lp ia Entropía Capacidad C a lo r í f ic a ,

base Kcal/mol Cal/mol Constantes de las ecuaciones

áH AS Aa AbxlO^ AcxlO ®A n ilin abenzeno C ¡H6 19.82 64.34 -4 .20 91.30 -36.63

subst.prim -CH3 -7.81 12.08 0.78 16.68 - 5.41

p os ic ióno rto -CU 3 -7 .41 7. 89 4.27 9.72 - 1.87

su b s titu ­c ión de -CE..

-nh2 12.30

17.84

-4.80

79.71

1.26

2 . 1 1-7 .32

100.38

2.23

-41.68

AEE.

Metano ^ 4 -17.89 44.50 3.79 16.62 - 3.24

subst.prim . -CE-, -2 .50 10.35 - 2 . 0 0 23.20 -9.12

en e s te r —C—0— -7.00 14.40 - 0 . 0 1 17.58 -5.33

en cetona -c-o -13.20 -2.40 5.02 -66.08 30.21

su bst.sec .- CT3 -6 .31 5.57 -0.30 21.74 -8 .77

en cetona -c=o -13.20 -2.40 5.02 -66.08 30.21

su bst.sec .- CH3

-5 .0 1 1 . 0 0 1.39 17.12 -5.88

-65.10 81.02 -12 .9 -35.90 28.08

Continuación Tabla 2

PRODUCTOS.

- 29 -

Grupo E n ta lp ia Entrop ía Capacidad C a lo r í f ic abase Kcal/mol Cal/mol Constantes de la s ecuaci(

AH AS Aa AbxlO A cx lO 6AEA

benzeno C6 H6 19.82 64.34 -4 .20 91.30 -36.63

subst.prim . -ch 3 -7 .81 12.08 0.78 16.68 -5 .41

p o s ic ió no rto -0*3 -7 .41 7.89 4.27 9.72 -1 .87

su b s titu ­c ión de -CH3-NH2 12.30 -4.80 1.26 -7 .32 2.23

en cetona -c=o -13.20 -2 .40 5.02 -66.08 30.21

su bst.sec . -CH3 -6 .31 5.57 -0 .30 21.74 -8 .77

en cetona -c=o -13.20 -2.40 5.02 -66.08 30.21

su b s t.sec . _CH3 -5.00 11.00 1.39 17.12 -5 .88

-19.87 91.28 13.24 82.92 409

A lcoh o lE t í l i c o • - 6 6 . 2 0 + 38.40

* Dato ob ten ido de la química f í s i c a de S. G lasstone

+ Dato obten ido de p r in c ip io s de lo s procesos quím icos Hougen, Watson, Ragatz IX Tomo.

Los datos a n te r io res se ob tu vieron a p a r t ir de con tr ib u c ion es de grupo con r e fe r e n c ia a 298°K.

- 30 -

I . - E n ta lp ia a p a r t i r de c a lo res de formación por e l método de

la s con tribuciones de grupo.

AHR298 = AHp - AHr

AH° = -66.20 - 19.87 - -86.07 Kcal/mol.

AH° = -65.10 + 17.84 = -47.26 Kcal/mol.

Entonces: A h r 298= ~ 8 6 - 07 ~ (-47 .26 ) = -38.81 Kcal/mol.

I I . - Entrop ía a p a r t ir de en trop ías de form ación por e l método

de la s con tribu ciones de grupo.

ASR298 = AS; - ASr

A S » = 38.40 + 91.28 = 129.68 Cal/mol. “K.

A S ° = 81.02 + 79.71 = 160.73 Cal/mol. °K.

Substituyendo v a lo r e s :

A S R298 = 1 2 9 - 68 - 160.73 = -30.05 Cal/m ol.°K .

I I I . - Energía L ib re .

A G R298 = AHR29 8 “ T A S R298

De donde:AG¿ 298 = -38810 - 298(-30.05) = -29855 Cal/mol.

- 31 -

Método de Lewis y Randall.

L „g -Ü298— , AHJ298 Y - AC ZK'

TEn la cu a l:

K298 Constante de e q u i l ib r io a 298 °K.

K j Constante de e q u i l ib r io a T °K.

Y1; Z Constante de R andall.AG

Rpero Log K = - T/57 T

Entonces:

A G 298 " AGT Y - Z AC4.5*7 T-------------- 4 .57 'T --------- 298 P

Despejando:

AG.J, =A G |98 + 4.57 T (A H ^ S Y - Z ACp)

S i hacemos:

T = 297 °K.

Y = 2.47 x 10-6

Z*= 0

Entonces:

A G297 = “ 29855 + 4.57 x 297 (2.47 x l0 _6 x -38810 - ACp x 0)

A G , „ , = -29985 C a l*

I V . - T e m p e r a t u r a d e E q u i l i b r i o .

297 mol.

- 32 -

También sabemos que

AGm = A + B T T

Ecuación en la cual es n ecesario conocer prim ero e l v a lo r de -

la s constan tes A y B; entonces, restando la ecuación 2 de l a —

ecuación 1 tenemos:

Substituyendo e l v a lo r de B en 1 tenemos:

-29855 = A + 298 x 130

-68595 = A

S í en un momento determinado sucede que:

T = T eq.

-29855 = A + 298 B 1

-29985 = A + 297 B 2

130 = B

0

Entonces

0 = A + B T eq

T eq. = 527 °K

o b ien : T eq. = 254 °C

- 33 -

L = C + 2 - F + 0

En la cu a l:

L Grados de L ib e rta d .

Aceto A ceta to E t í l i c o

C Componentes. ^ e t ¿nA ce ta n ilid aA lcoho l E t í l i c o

F Fases.

0 Es una reacc ión química.

L = 4 + 2 - l - l = 4 .

Una vez obten idos lo s grados de l ib e r ta d vemos cuales son

la s mejores cond ic iones de operación . En e l cuadro s in óp tico -

s igu ien te se hacen la s ob servac ion es:

1) Abajo de la temperatura de e q u i l ib r io .

2) Disminuyendo la p res ión de

Omviene operar tra b a jo .

3) Variando la concentración de

uno de lo s r e a c t iv o s . (A n ilin a Ó

e s t e r ) .

4) Extrayendo d e l sistem a uno de lo s

productos, tan luego se form e.

V. A p l i c a c i ó n d e la R e g l a d e la s Fases.

34

Para saber que producto podemos e x tra e r aplicarem os la —

Ley de Acción de la Masa de Guldberg y Waage. y e l P r in c ip io de

Le C h a te lie r .

Los enunciados son :

"En todo sistem a en e q u i l ib r io la fu e rza de acción de la s

concentraciones de la s substancias que p a rtic ip a n en la

rea cc ión son proporc ion a les a la masa a c t iv a de la s subs

t a n c ia s " .

"Cuando una causa extraña perturba un sistem a en e q u i l i—

b r io e l sistem a reacc iona en t a l forma que tien d e a neu—

t r a l i z a r e l e fe c to perturbador hasta re s ta b le c e r de nuevo

e l e q u i l ib r io " .

De acuerdo con lo s grados de L ib e rta d ó condic iones de —

operación vemos que:

A) S i se aumenta la concentración de uno de lo s componen­

tes añadiendo más de é l ; a l sistem a.

Conviene d e ja r la concentración de A n ilin a f i j a y aumentar la -

d e l e s te r .

lo ) Por ser la A n ilin a e l r e a c t iv o base para la transform ación .

2o) Por ser la A n ilin a e l r e a c t iv o más costoso .

Ley de Acción de la Masa

P r in c ip io de Le C h a te lie r .

- 35 -

Entonces s í se jumenta la concentración d e l e s te r debe ex­

tra e rs e un producto d e l sistem a para mantener e l e q u i l ib r io ; de

acuerdo con e l P r in c ip io de Le C h a te lie r :

[ aea ! [A lcohol a í l i c o ] i

1[aee ] í 1[Anilina]|

En la rep resen tac ión matemática puede observarse que s í se

l e aumenta la concentración d e l e s te r debe ex tra e rse e l a lcoh o l

para e v ita r en es ta forma la r e v e r s ib i l id a d de la rea cc ión ; por

o tra pa rte e l producto de la reacc ión que nos in te resa ob ten er-

es la Aceto A c e ta n ilid a y e l A lcoho l será considerado subproduc_

to .

B) A lte ra c ió n de la temperatura en e l s is tem a .- Según e l -

P r in c ip io de Le C h a te lie r ; un aumento en la temperatura fa v o re ­

ce la transform ación que absorbe c a lo r , debido a que e l sistem a

tien d e a oponerse absorbiendo e l c a lo r sum inistrado.

V I) Energía de A c tiva c ión

Hablamos dicho que:

AGrt = A + B T.

y que cuando:

T = 298 °K ; AG298 = -29855

T = 5 27 °K ; A G 320 = 0

E n t o n c e s : A = 6 859 5

B = 130

- 36 -

Considerando que A es un v a lo r cercano a la en erg ía de ac­

t iv a c ió n podemos d e c ir que se necesitan + 68595 Cal/mol, con e l

f in de a c t iv a r todas la s moléculas de la s m aterias primas, para

que se transform en a Aceto A ce ta n ilid a .

Temperatura Máxima de Trabajo .

De la misma ecuación:

A + B T = A G r t _

Considerando que una reacc ión es dudosa cuando:

á G < 0 <^10 ,000R

Entonces la ecuación se co n v ie rte en:

A + B Tmax = 10' 000

Hemos encontrado que:

A = -68595

B = 130

CalG_ = 10,000T ' mol

Substituyendo v a lo re s :

-68595 + 130 T = 10,000 max

T = 6 8 5 9 5 6 0 5 °Kmax 130 05 K '

- 37 -

Para determ inar la temperatura a la cual estarán activadas

todas la s moléculas se empleará la s igu ien te ecuación:

AHrT _ = R*

VII) T e m p e r a t u r a d e A c t i v a c i ó n .

ac. 0_ _ „P. Itl. p.

En la que:

Tac. Es la temperatura de a c t iv a c ió n .

-AH 1 E Es la en erg ía de a c t iv a c ió n .B aC

C Es la capacidad c a lo r í f i c a de la sp.m .p. c

m aterias primas,

y lo s va lo res de cada uno de e l lo s e s :

E + 38810 l Ca* iac. mol

C Su v a lo r se ob tiene con lap.m. p.ecuación genera l:

C 298 °K = A a + Ab x 10 3 T + A c x Í0 _6 x T2p

- 38 -

R eactivos . A a A b x 10' J A c x 10-6 T2 C 298°KP

1A n ilin a . 2.11 100.38 x 10~3x 298 -41.68 x 10-6= 28.31

E ster. 81.02 -12.9 x 10-3x 298 -35.90 x 10_6x 2982=

4.46

Cp29 8 °K. = 32.77

Substituyendo va lo re s tenemos:

= - +38810----- = 1176 °K.a c ’ 32.77

Dado que la tem peratura de a c t iv a c ió n r e s u lta mayor que la s tem

peraturas de e q u i l ib r io ; por t a l razón s£ es necesario emplear

c a ta liz a d o r :

T <" T Tac. ^ max. ^ _ eq.

1176 °K 605 °K 527 °K

De acuerdo con la rea cc ión :

CgH5NH2+ CH3 -CO.CH2-COOCH2-CH3 --------->- CgH5NHCO.CH2-COCH3 +

ch3- ch2- oh

y de la ecuación para ca lcu la r e l p o rc ien to en e l e q u i l ib r io que

se expresa como s igu e :

r s r+s + . . . ■

K _ V V v __________________ r r _______________________ i b+ob c * * nB + nc + . . . + nR + ng . + . . .+ n^

n .n . . .B C

- 39 -

Entonces vemos como se con vierten la s substancias según —

e l cuadro s igu ien te suponiendo que hay una mol alimentada de ca

da uno de lo s r e a c t iv o s :

Reactivo moles moles moles moles

in ic ia le s reaccionadas convertidas f in a le s

A n ilin a 1.0 - x 1 - x x

AEE 1.0 - x 1 - x x

mol t o ta l en e l sistem a serán:

l - x + l - x + 2 x = 2

Substituyendo va lo re s tenemos que:

S í consideramos -v= 1.0

í í = 1 atm.

K = - f r -x y - 1.0 ( - 4 - ) (1 + 1) - (1 + 1)( i - x r ¿

2 , 1 ,0 2K - ___ - ______ a • ( o ) _ 5

" ( 1 - x ) 2

En e l e q u i l ib r io K = 1.0

Entonces:2x

1.0 = -------------=— extrayendo r a iz cuadrada en ambos(1 - x ) ¿

miembros, tenemos:

1 - x = x

. . x = 0.5

- 40 -

El po rc ien to de convers ión estS dado por la exp res ión :

a _ mol con vertida x 100mol alimentada

Luego entonces tendrem os:

% Conv. = ■ ----- x 100 = 50%E ster x *u

% Conv. = 0,50------- x 100 = 50 %A n ilin a

Sí nosotros consideramos que alimentamos un mol de r e a c t iv o s y

que a cada uno corresponde la fra c c ió n s ig u ie n te , según se ex­

presa:

R eactivo mol mol mol mol

i n i c i a l reaccionada con vertida f in a l

A n ilin a 0.30 - x 0.30 - x x

AEE 0.70 - x 0.70 - x x

mol t o ta l en e l sistem a serán:

(0.30 - x ) + (0.70 - x) + 2x = 1.0

Substituyendo en la ecuación tenemos:

1.0 = * ‘ x 1.0(0.30 - x ) (0.70 - x)

efectuando operaciones y despejando nos queda:

0.21 - x + x 2 = x2

Reduciendo términos semejantes obtendremos:

0 . 2 1 = x

- 41 -

El porc ien to de convers ión de cada uno de lo s r e a c t iv o s será :

% Conver. = — -------- x 100 = 30 %

AEE

% Conver. = — x 100 = 70 %0.30

A n ilin a

Es más conveniente operar de acuerdo con es ta convers ión dado -

que se desea trasform ar A n ilin a a Aceto A c e ta n il id a .

Haciendo un resumen de todos lo s datos ob ten idos, podemos obser

var cuales serán la s m ejores condiciones de operac ión .

Cñ 1lo AHr 298 = - 38810 "mol— Reacción Exotérm ica.

Cal2o‘ ASR 298 = -30>05 moi~ Reacción im posib le en esas condi

ciones s in ayuda e x t e r io r .

3 °. AG° 298 = -29855 Reacción probab le.

4o* Ta c t. Tmax.'/> Teq. S í es n ecesa ri° emplear c a ta liz a d o r

1176°K 605“K 527 °K.

5o. Po rc ien to de convers ión 70.0

6o. Después de observar lo s datos y en d e f in i t iv a de acuerdo -

con la Ley de la s Fases y según lo s grados de L ib e r ta d po­

demos operar:

a ) . - Abajo de la temperatura de e q u i l ib r io , dado que según,

e l p r in c ip io de Le C h a te lie r , se verá fa vo rec id a la rea cc ión —

por ser exotérm ica.

- 42 -

b ) . Manteniendo la p res ión constan te.

c ) . Poniendo u i j exceso de r e a c t iv o ; en e s te caso e l r e a c t i vo mas conven iente es e l E ster por ser la a n ilin a e l r e a c t iv o - que l im ita la rea cc ión .

d ) . Extrayendo uno de lo s compuestos d e l sistem a tan luego se forme. Como e l a lcoh o l e t í l i c o re s u lta ser un subproducto — será e l r e a c t iv o que deberá abandonar e l sistem a.

ESTEQUIOMETRIA.

Antes de in ic ia r lo s cá lcu los es tequ iom étricos debemos ha­ce r c ie r ta s considerac ion es para saber cual será e l medio en e l que se e fec tú e la rea cc ión ; pues es bien entendido y g en e ra liza do que lo s r e a c t iv o s presentan ca s i ninguna acción e l uno con -

respecto a l o tro estando concentrados; pero en cambio, s í se —

busca un medio que lo s d ilu ya y por ende lo s ponga en más í n t i ­

mo con tacto , con e l l o se ob tien e una mejor transform ación de —lo s compuestos o r ig in a le s a l producto f in a l deseado. Para l o ----

grar t a l p rop ós ito debe e le g ir s e para cada producto un d iso lven te que d isu e lva muy b ien , en c a lie n te , e l compuesto s ó lid o d e l- que se t r a t e , pero en e l cu a l, en f r i ó , su s o lu b ilid a d sea lo - más lim ita d a p o s ib le . Frecuentemente es to se lo g ra en la prácti_ ca, haciendo tan teos con ayuda de tubos de ensayo, en lo s cua­le s se co locan pequeñas cantidades de la substancia (d e l orden de 5 a 20 m g .), añadiendo sobre e l l o de 0.5 a J. cc . de d iversos

d is o lv e n te s , calentando para consegu ir la d is o lu c ió n y observan do en cual de e l la s se produce mayor can tidad y m ejores c r i s t a ­

le s por en fr iam ien to . En cu a lqu ier caso, y para ayudar a la ----e le cc ió n d e l d is o lv e n te más fa vo ra b le habrán de ser de u t i l id a d la s consideraciones s ig u ien te s .

- 43 -

Tabla 3.

D iso lven tes más usados para la C r is ta l iz a c ió n de productos orgán icos .

D iso lven te P . Eb. °C. D iso lven te P . Eb. °C.

E ter E t í l i c o 35 Benzeno 80

Su lfu ro de Carbono 46 A lcoh o l Is o p r o p í l ic o 82

Acetona 56 D iso lven tes de p e tró -

C loroform o 61 le o (v a r ia b le )-------------30 a 175

A lcoho l m e t í l ic o 65 Agua 100

E ter d i- is o p r o p í l ic o 68 Tolueno 111

Te tra c lo ru ro de Carb. 76 A lcoh o l b u t í l ic o n 118

A ceta to de e t i l o 77 Acido A cé t ico g la c ia l 118

A lcoho l e t í l i c o 78 o . X ilen o 129 a 129.5 °C.

Es conven ien te form ular algunas r e g la s que ayuden a ----

"p red ec ir " la s o lu b ilid a d de cu a lqu ier compuesto o rgán ico en -

un d is o lv e n te dado. En gen era l se puede d e c ir que:

“Una substancia será más so lu b le en un d is o lv e n te , cuando

tenga con é l una semejanza de co n s titu c ió n y c a r a c t e r ís t i

cas f í s i c a s " .

In flu en c ia s en la s o lu b ilid a d resp ec to a la semejanza de cons­

t itu c ió n .

a ) . - Grado de ox id ac ión por e l O x ígen o .- Los compuestos -

que contienen poco ó ningún Oxígeno, t ien en tendencia a d is o l—

verse en lo s d is o lv e n te s no oxigenados, y por e l c o n tra r io lo s

m ateria les r ic o s en Oxígeno, se d isu e lven con fa c i l id a d en lo s -

44 -

d iso lven tes oxigenados, a l tiempo que lo s productos no ox igena­

dos, no se d isu e lven considerablem ente, en d is o lv en tes que con­tengan mucho Oxígeno y v ic e v e rsa .

b ) . - Po laridad de la su bstan c ia .- Las substancias p o la res

son más so lub les en d is o lv en tes también p o la res y menos so lu b le s en d iso lven tes no p o la res ; d e l mismo modo, la s substancias no po lares tienen la s correspond ien tes re la c io n es de s o lu b i l i— dad.

Aparte de es tos dos enunciados pueden e s c r ib ir s e o tros dos que vienen a s im p li f ic a r aun más lo s a n te r io re s ; e l lo s son;

1 ) . - Una substancia de ba jo peso m olecular, es generalmen­

te más so lu b le que o tra análoga, pero de mayor peso m olecu lar.Y cuando se tra ta de l íq u id o s , es ta reg la a menudo se in v ie r t e , y cas i siempre lo s d is o lv en tes de ba jo peso m olecular son lo s de­mayor e f ic a c ia .

2 ) . - Las substancias con punto de fusión b a jo , t ien en una

mayor tendencia a d is o lv e r s e que sus homólogos y sem ejantes, de más a lto punto de fu s ión .

Con frecu enc ia la s o lu b ilid a d de una substancia puede ser 30 ó aun 50 veces mayor a la temperatura de e b u ll ic ió n d e l d i— so lv en te , que a 20 °C. y entonces la c r is t a l iz a c ió n puede l i e — varse a cabo con un rendim iento mayor que 95%.

- 45 -

Es e l ca p ítu lo I I I hemos dejado asentado que la capacidad de laTon

C A L C U L O S E S T E Q U I O M E T R I C O S .

p lan ta , actualmente, se podía f i j a r en 100- Ano Además también

hemos obtenido una conversión d e l 70.5% en e l e q u i l ib r io ; de —

estas dos bases in ic iarem os e l cá lcu lo de la cantidad de r e a c t i

vos necesarios para l le v a r a cabo la reacc ión :

-NH2 + ch3- co. ch2- coo. ch2- ch3-----

93.12

-NHC0.CH2-C0.CH3 +

+ CH3~CH2OH.

Producto

A n ilin a

Aceto A ceta to E t í l i c o

Aceto A ce ta n ilid a

A lcoh o l E t í l i c o

130.14

Peso M olecular

93.12

130.14

177.20

46.0

177.20 46.0

Fórmula

C6H5NH2

CH3. CO. CH2. COOCH2. CH.

C,HcNHCO. CÉ . CO. C0,Q D ¿ 3

c2h5° h

Aceto A ce ta n ilid a (AEA) producida por d ía :

Hemos f i ja d o su producción anual en 100 tonAño

También hemos dicho que e l año considerado será de 333 d ía labo

ra b ies .

Entonces:

100 ton Año = 0.300A ñ o 333 d ía

tond ía

- 46 -

d e b i d o a q u e la c o n v e r s i ó n es d e 7 0 . 5 % e n t o n c e s :

0.300 ton 0.705 d ía 0.425 -422- A .E .A

F en il Amina necesaria por carga

93.12X 0.425

177.20 A n ilin a

Aceto A ceta to E t í l i c o (AEE) n ecesario por carga :

X 0.425 A.E.E130. 14 177.20 * Uict

De antemano ya habíamos e s ta b le c id o que se a d ic io n a r ía un exce­

so de r e a c t iv o y s e r ía e l A .E .E .

La razón por la cual se e l i g e como r e a c t iv o en exceso e l -AEE. es porque aun cuando lo g ra permanecer en e l producto f i --

n a l, es d e c ir , en e l producto ya "s e c o " ; a l e fe c tu a r la copula­

ción con o tros productos, e l tono c o lo r id o que corresponde a — sus d ia zos no v a r ía y s í son f i e l e s a lo s t ip o s es tab lec id os.E n

cambio s í se ad ic iona la F en il Amina como exceso se obtienen —

d iazos cuya pigmentación va decreciendo en cuanto f id e l id a d a l - t ip o e s ta b le c id o , llegan do a obtenerse co lo rac ion es tota lm ente d ife r e n te s a la s verdaderamente deseadas; la cantidad en exce— so n ecesaria para obtener e l rendim iento deseado será de 20%. Entonces:

0.312 x 1.20 = 0.375 d ía

Es la cantidad r e a l de E ster.

- 47 -

A lcoh o l E t í l i c o Producido:X,

0.375 X- = 0.1333 d ía130.14 46

De acuerdo con la Ley de la conservación de la m ateria enuncia­

da por L a v o is ie r que d ic e que:

"La m ateria no se crea n i se destruye so lo se transform a".

Vemos que en la r e a c c ió n :

A n ilin a + AEE = AEA + A lcoho l E t í l i c o .

0,221 ~3?a + ° - 370 - Ü = 0- 425 - a i i " + 0 - 1 3 3 - W

Reactivos 0.591 “ g^a- ^ 0-558 - Productos

Lo que fa l t a en lo s productos corresponde a la cantidad de

e s te r y a n ilin a no reaccionados lo cual nos hace ve r que la reac

ción só lo se co n v ie rte a l 70.5%. Faltando 0.033 de p ro— -

ductos, a lcoh o l e t í l i c o in c lu id o en e l e s te r y la a n ilin a s in -

rea cc ion a r .

ELECCION DEL DISOLVENTE.

R efiriéndonos a la ta b la 3, de es te mismo ca p ítu lo podemos

notar según lo s enunciados expuestos, que e l d is o lv e n te apropia

do que s e r v ir á de medio para e fec tu a r la reacc ión será e l X i le -

no:

l o ) . Por tener semejanza en su estru ctu ra con lo s produc­

tos que se manejan.

- 48 -

ch3

O ' " '

^ - nh2 ' -NHCO.CH2-CO.CH3

o. X ilen o F en il Amina A ceto A ce ta n ilid a

2 o ). T iene un punto de e b u ll ic ió n e le va d o , pero más ba jo -

que la s m aterias primas reacc ion an tes .

a) o . X ilen o 129.5° C.

b) F en il Amina 184.4° C.

c ) A ceto A ce ta n ilid a 143° C.

3 o ) . D isu elve en un rango muy amplio a lo s r ea c t iv o s en — f r í o y más en c a l ie n te .

4 o ) . D isu elve perfectam ente a l producto de la reacc ión so­

bre todo a la temperatura de e b u ll ic ió n d e l d is o lv e n ­t e ; y en f r í o su so lu b ilid a d es lim ita d a , prueba de -

e l l o es su punto de c r is ta l iz a c ió n a 50°C. en e l seno d e l X ilen o .

La e le c c ió n es por demás obvia y la cantidad que se emplea

es con resp ec to a l producto f in a l , es e l de mayor in te rés por -

e l producto de la reacc ión . Se nota, hacer la s pruebas de e le c ­

ción que e l X ilen o d isu e lv e dos partes de producto por cada c ien

partes de d is o lv e n te empleadas según la r e la c ió n :

2 pa rtes Aceto A ce ta n ilid a 100 partes X ilen o .

Entonces la cantidad te ó r ic a para d is o lv e r 425 ;j a'" aceto —

a c e ta n ilid a es;

425 Kg A E A = 2 Kq ASAX Kg X ilen o 100 Kg X ileno

- 49 -

X = 21,270 Kg. X ilen o

Es im posib le con fin a r es ta cantidad n ecesa ria para la d i—

lu c ión , s in la separación d e l producto, lo cu a l no se desea. S í

en cambio hacemos uso d e l so lven te tan só lo un 10% de la ca n t i­

dad t o t a l tendremos:

21,270 x 0.10 = 2127 Kg. X ilen o

Los cuales son s u fic ie n te s para e fec tu a r la rea cc ión .

La cantidad de a lcoh o l e t í l i c o y t r ie t a n o l amina, son tan

pequeñas con respec to a la cantidad de d is o lv e n te que se con si­

deran dentro d e l rango de;

0.70% de a lcoh o l e t í l i c o .

0.50% de t r ie ta n o l amina.

Entonces:

0.70% x 2127 Kg = 14.88 Kg A lcoh o l E t í l i c o

0.50% x 2127 Kg = 10.63 Kg TEA.

Para e fe c tu a r e l en fr iam ien to se considera la m itad de d iso iven

te empleada para la rea cc ión , es d e c ir que:

2127 Ka X ilen o , *-2 0 862 Kg '— = 1200 l t . X ilen o para e fe c tu a r ­

la c r is t a l iz a c ió n . ^

Los lavados en la cen tr ífu ga se harán de acuerdo con la s -

observac iones, p rev ia s a la operación , hechas en e l la b o ra to r io ,

Es d e c ir habrá operaciones en la s cuales se la va rá en dos o tre s

ocasiones y en cambio en o tras tan só lo se hará una so la ocas ión .

X = - x g ^ ----- x 100 K g X i l e n o

- 50 -

La cantidad necesaria para cada lavado será la mínima que d i ----

suelva e l producto y la óptima que e lim in e la "basura" ex is ten ­

te en e l producto. La cantidad de X ilen o n ecesaria para la va r -

se considera d e l orden d e l 1% sobre la cantidad t o t a l empleada

en e l proceso. Es d e c ir :

2127 Kg X ilen o para la reacc ión .

1063 Kg X ilen o para la c r is ta l iz a c ió n .

3190 Kg X ilen o en e l proceso.

Entonces e l X ilen o n ecesario para la va r e l producto:

3190 x 1% = 31.9 Kg ó b ien -| S - = 46.2 l t .

l tCon estas cantidades se pueden hacer lavados en la forma s igu ien

t e ; dos cada uno de 23.1 l t .

Con e l l o se lo g ra d is o lv e r tan só lo :

2 Kg A E A _ X____________10T3 Kg X ilen o ~ 31.9 Kg K ilen o

X = 0.63 8 Kg. de AEA por lavado.

más lo que no se lo g ra c r is t a l i z a r que pasa comb l i c o r madre.

En resumidas cuentas una carga o mejor d icho lo s m ater ia les ne­

cesa rio s para cada operación serán:

1) Reacción. 2127 Kg. X ilen o (fr e s c o ó recu p erad o ).

375 Kg. AEE.

224 Kg. F e n i l Am ina.

- 51 -

10.63 Kg. T. E. A.

2 ). C r is ta l iz a c ió n .

1063 Kg. X ilen o f r í o a + 5o C.

3 ). C en tr ifu gac ión .

n x 31.9 Kg. X ilen o F resco.

en donde:

n número de lavados por carga en la c e n tr ífu g a .

1 4 . 8 8 Kg. Alc oh ol .

Todos es tos va lo re s se reportan junto a l diagrama de f lu jo cuan

t i t a t i v o anexo.

4$ua. e * /

*¡q Xt /grto “S

Cr/sfo/tj&rtt'n Vos ef/cote/e'r &eaceten $ ecebera c/e/i o/v cS/se/vw/f f 2'>/r/f uyactt/t ^ //n a cco a 'n/?'?/l> ot/se/ve*/? S zcae/a

7 - ~ Q¿ r / P a c / e n o b Ace^o Á ce h fff/ / 0^4

CL j o a r / t V a l e

fi/A $ 4 4 M ó e F iv jo f v * # r 's * r w

T e s a P *o s fs '*M # t£ ¿ / i / o

¿ j m /J > N S 9 7 4

- 52 -

D escripción d e l P roceso . - El proceso para la fa b r ic a c ió n de ----o

Aceto A c e ta n ilid a , co n s is te en hacer rea cc ion a r, Aceto A ceta to e t í l i c o ( CH^. CO-Cf^. CO.OCf^CH^) con F en il Amina (CgH^NH2) , cu­

yo nombre gen érico es mejor conocido por A n ilin a , en medio apro

piado e l cual es , generalm ente, un so lven te arom ático y en e l -

caso p a r t ic u la r se emplea X ilen o . De acuerdo con la s ig u ien te - r e a cc ió n :

C6 H 5 NH2 + CH3 -C O -C H 2 CO.O CH2 -C H 3 C g H ^ H O . O C - C f ^ - C O - C H ^

c 2 h 5 o h

En es te proceso se ad icionan además, a lcoh o l e t í l i c o y ----t r ie ta n o l amina, en pequeñas proporcion es, en comparación a la -

cantidad de so lven te empleado y la s funciones que estos a d i t i— vos desempeñan son fá c i le s de comprender y e l la s son:

A lcoh o l E t í l i c o . - T iene como p r in c ip a l función la de ex----

t ra e r e l agua contenida en las m aterias primas, como humedad — presen te en e l X ilen o ; dado que e l agua es m is c ib le con e l a leo

ho l y por ende es e l más v o l á t i l en la m ezcla, porque se forma un azeótropo.

T r ie ta n o l Amina. - Su función básica es la de proporcion ar

una p ro tecc ión a n tic o rro s iv a a l equipo, ya que e l aceto a ce ta to

e t í l i c o por su ca rac te r ácido aunque d é b i l , se vera incrementa­do por la temperatura a la cual esta rá su je ta la reacc ión .

Para hacer aun más o b je t iv a la operación de e s te proceso - se hará una d esc rip c ión más d e ta lla d a de cada una de las fa ses de la fa b r ic a c ió n ; la s cuales quedan resumidas en la forma s i— gu ien te :

- 53 -

1) REACCION2) DESTILACION

3) CRISTALIZACION

4) CENTRIFUGACION5) SECADO

6) RECUPERACION DEL DISOLVENTE

REACCION. - Del tanque de almacenamiento de s o lv en te , se bombea- a i aparato la cantidad adecuada para e fec tu a r la rea cc ión , p ro ­cediendo ad ic ionar e l a lcoh o l y la t r ie ta n o l amina. P o s te r io r—

mente se comienza por ca len ta r e l aparato para e lim in a r , median

te e l a lcoh o l e t í l i c o , extrayendo por d e s t i la c ió n , la p o s ib le — humedad que pueda contener e l X ilen o ; se tendrá la ce r te za de—

que e l so lven te está "seco" cuando, por la lín e a que va hacia - e l tanque rec ep to r , se toma una muestra de d e s t ila d o y se d e te r

mina e l contenido de a lc o h o l, s í es cero p o rc ien to , se continúa con la ad ic ión d e l e s te r ; e l cual previamente ha s id o cargado a un tanque a forado. Con la ad ic ión d e l e s te r la temperatura d e l-

rea c to r desciende apreciablem ente de 120°C a 90°C, seña in e q u í­voca de que se ha desprendido e l ra d ica l e t i l o (CH -CH •) y pa­ra que a s í suceda e l e s te r toma, e l ca lo r de sus a lred ed o res ; -

por t a l razón es n ecesario v o lv e r a ca len ta r , pero en forma t a l

que la temperatura re g is tra d a vaya aumentando tan levem ente, que

e l e s te r presen te no d e s t i l e . Cuando se lo g ra tener la tempera­tura d e l rea c to r en 130 a 128°C, se procede a d ic ion ar la a n i l i ­

na. La a n ilin a proviene de un aparato en e l cual se ha ca len ta ­

do hasta 100°C y se hace con e l o b je to de e v ita r va r ia c io n es en

la temperatura de reacc ión dado que, s í se carga a tem peratura

ambiente es te r e a c t iv o es ta rá más f r í o que todos lo s componen— tes en e l aparato de reacc ión y para d o s i f ic a r la a n il in a , e l -

aparato que la con tiene se presiona con N itrógeno e l cual pro=-

porciona una atm ósfera in e r te que e v ita la form ación de produc­

tos indeseab les y a la vez disminuye la p o s ib ilid a d de mezcla - de so lven te con oxígeno d e l a ir e ev itando a s í en p a rte la p e l i ­

- 54 -

grosidad d e l manejo de lo s m a te r ia le s .i

La d o s if ic a c ió n de a n il in a debe hacerse en un lapso de ----

una hora y media; s in embargo la reacc ión hasta aquí no se ha - completado, por t a l m otivo se d e ja una hora y media más a la s -

mismas cond ic iones de operación para transform ar a l máximo la - m ateria prima.

DESTILACION .- Ya hemos v is t o que como productos de la rea cc ión - se ob tienen aceto a c e ta n ilid a y a lcoh o l e t í l i c o , de lo s cu a les

tan só lo nos in te resa e l primero y en es ta etapa de la fa b r ic a ­ción se procede a e x tra e r todo e l a lcoh o l e t í l i c o con ten ido , — d es tilan d o hacia e l recep to r en e s te caso la mezcla X ile n o -a l— coho l, sacando muestras continuas para determ inar la concentra­

ción de a lcoh o l presen te en e l sistem a. Esta determ inación se— hará en e l proceso mismo de la s ig u ie n te forma:

"Una muestra de la mezcla d e s t ila d a X ilen o -a lc o h o l, se po

ne en una probeta de 100 mi, a la cual se l e han ad icionado 80

mi de agua, completando hasta 100 mi con la muestra. Se procede

a g ita r vigorosam ente, dejando luego reposar para lo g ra r la sepa rac ión d e l X ileno ya que es más l ig e r o que e l agua; la concen—

tra c ió n de a lcoh o l será la d i fe r e n c ia d e l volumen in i c ia l que -

ocupaba la muestra menos e l que ocupaba e l X ilen o -a lco h o l cuan­do ha s ido separado. Es d e c ir que la muestra X ile n o -a lc o h o l son e l 100% en lo s 20 m il de la p robeta , dado que e l X ilen o y e l —

agua no se m ezclan."

La muestra presenta la a p a rien c ia de se r tan só lo X ilen o -

pero b ien es sabido que e l X ilen o es muy so lu b le en a lcoh o l y a su vez e l a lcoh o l es muy so lu b le en agua a s í mismo e l agua y e l X ilen o no se mezclan, por t a l razón en la probeta e l agua sepa­

ra e l a lcoh o l d e l X ilen o .

- 55 -

Se emplean 80 mi. de agua para s o lu b i l iz a r e l a lcoh o l.

20 mi. de muestra representan 100% de mezcla

1 mi. de muestra X

X = — x 1 = 5% de a lco h o l, rep resen ta cada mi. de —

lo s 20 mi. de mezcla.

Es d e c ir que cada m i l i l i t r o de lo s 20 mi. de la mezcla d e s t i lada X ilen o a lcoh o l representa e l 5%.

Una vez terminada la d e s t i la c ió n d e l a lcoh o l e t í l i c o , se -

procede a c e rra r e l vapor de ca len tam iento, purgar e l by pass-

de la chaqueta de vapor, c e rra r la s vá lvu la s de la columna de—d e s t ila c ió n y la s d e l r e f lu jo ; para poner a e n fr ia r con agua de

en friam ien to hasta una temperatura de 60°C, posteriorm ente p re ­s ionar con N itrógeno para t r a n s fe r ir e l producto hacia e l o tro

aparato que hará la s veces de c r is ta l iz a d o r .

C ESTALIZACION.- La c r is ta l iz a c ió n t a l como se en tiende es ta — operación en la p rá c t ica quím ica, t ie n e por f in a lid a d provocar

la separación de un cuerpo s ó lid o a p a r t ir de una d is o lu c ió n — que lo con tien e; además lo s problemas que se presentan en la — c r is ta l iz a c ió n de productos orgán icos , suelen ser más com plica­dos que la s sim ples manipulaciones de la s sa les in orgán icas , ya que en gen era l, aqu ellos no tienen una tendencia tan marcada —

adoptar la forma c r is ta l in a como es tos ú ltim os ; a todo e l l o se - une e l hecho de que la p resencia en la so lu c ión de mínimas can­

tidades de p o s ib le s impurezas, puede l le g a r a im pedir en absolu

to la c r is ta l iz a c ió n de m a te r ia les , que de o tra manera se r ían -

c r is t a l i z a b le s .

En genera l puede es ta b le ce rs e para muchos productos orgán i

eos como r e g la , que nunca debe in ten ta rs e la operación de ob te ­ner c r is ta l in a una substancia, a p a r t ir de un producto bru to —

muy impuro, sino que prim ero será p re c iso r e c u r r ir a l empleo de

0 - 56 -

o tro s procesos d is t in to s de p u r if ic a c ió n , v in iendo entonces la - c r is t a l iz a c io n de un m a te r ia l, ya bastan te puro, a rematar por­a s ! d e c ir lo , e l proceso de su completa p u r if ic a c ió n .

En es ta fa se d e l proceso se re c ib e e l producto ob ten ido en

la rea cc ió n , para proceder a e n fr ia r en un so lven te adecuado de t a l forma que en f r í o e l compuesto s ó lid o tenga su s o lu b ilid a d -

lo más lim ita d a p o s ib le , en e s te caso e l so lven te empleado será

e l que se usó como medio para la reacc ión . Durante e l lapso de­

reacc ión debe e s ta r en frián dose e l X ilen o con e l o b je to de in —

crementar la c r is ta l iz a c ió n y aumentar e l rendim iento, en e s te aparato debe e n fr ia r s e con salmuera para a b a tir rápidamente e l

c a lo r que aun con tiene e l producto. Cuando ya se t ie n e la tempe ratu ra de cen tr ifu ga c ión óptim a, 5°C ó digamos cercana a e l l a -

dos ó tre s grados se procede a separar e l s ó lid o d e l l íq u id o .

E l p m to c la ve para dar continuidad a la producción es la

c r is t a l iz a c ió n , dado que s i tardamos demasiado en lo g ra r la tem peratura óptima, retrasarem os marcadamente la in ic ia c ió n de la -

s igu ien te operac ión , es d e c ir no se puede comenzar a ca rgar ma­t e r ia prima sino se ha comenzado por c e n tr ifu g a r .

CENTRIFUGACION. - Una buena cen tr ifu ga c ión se lo g ra rá , s í se —

observa con a n tic ip a c ión una muestra en e l la b o ra to r io pudiendo determ inar de antemano la ca lidad y tamaño d e l c r i s t a l a s í m is­mo se podrá observar con que cantidad de so lven te habrá de l a —

varse e l producto para e lim in a r , a n il in a e s te r ó subproductos que pueden ser so lu b les en X ilen o .

Mediante una bomba se hace r e c ir c u la r e l producto hacia — e l mismo aparato para observar e l p e r fe c to funcionam iento de la

bomba, es d e c ir e v i ta r p o s ib le s fugas de producto y d e l f l u j o - d e l producto por la tu b er ía , cuando se ha hecho t a l observac ión entonces se procede a c e n tr ifu g a r e l producto abriendo la vá lvu

la d o s ific a d o ra hacia la c en tr ífu ga , la cual g ir a a 1200 rpm.

- 57 -

E l c ic lo de la cen tr ífu ga es tá dado por la s igu ien te se—

cuencia:Carga.Extracción so lven te .Lavado.Secado.Descarga.

Para lo g ra r buena separación , más b ien una buena separa­

c ión s ó lid o l íq u id o , e l so lven te ex tra íd o cae a un tanque r e —

cep tor de l ic o r e s . A es te l i c o r se l e hace una prueba de con­cen tra c ió n por d e s t i la c ió n en e l la b o ra to r io , s í con tiene bas­

tan te producto y de buena ca lidad se procede a c o le c ta r lo para luego hacer la concentración en e l aparato . Dependiendo de la - cantidad de producto contenido en e l l i c o r se determina s i se

hace ó no se hace la concentración ; se bombea a l tanque recep­

to r d e l d e s t ila d o de la reacc ión e l cual con tien e agua X ilen o , X ilen o a lcoh o l se l e ad iciona agua se a g ita y se deja reposar 15 minutos después separamos e l agua y e l X ilen o se bombea a - un aparato para h a cerle una d e s t i la c ió n por a rra s tre de vapor

y a s í recuperar e l so lven te empleado y que una vez lim p io y —seco se puede bombear de nueva cuenta a l tanque de almacena----miento de X ilen o fre s co .

SECADO. - Esta etapa de la fa b r ic a c ió n t ie n e por o b je to e x tra e r e l so lven te remanente que tra e consigo e l producto c e n tr ifu g a ­do, co n s is te en cargar e l producto a l aparato a g ita r y ca len — ta r hasta 60°C por e l e x te r io r con agua c a lie n te para v o l a t i l i

zar e l so lven te y por medio de una bomba de va c ío hacer pasar

lo s vapores por un condensador antes de que ca igan en e l tan—

que recep to r a l cual se l e a p lica e l v a c ío . La determ inación — de la sequedad y s o lu b ilid a d se determina en e l la b o ra to r io —

sacando una muestra d e l secador y se hace de la s ig u ien te maner a :

- 58 -

Un gramo de muestra de producto se ad ic iona a una so lu c ión

de sosa, preparada como s igu e, 1 mi. de sosa 33% en 25 mi. de - agua, se a g ita vigorosam ente y después se d e ja reposar. S í en - e l tubo de ensayo se observa que:

a) E l contenido es c la ro y so lu b le s in p a rtícu la s en sus— pensión.

b) Por la s paredes d e l tubo no asciende e l so lven te :

Entonces e l producto es de óptima ca lid ad y se puede descargar.

- 59 -

RECUPERACION DEL SOLVENTE.- Después de que la operación ha con­

c lu id o se procede a recuperar e l s o lv en te ; haciendo de antemano una prueba a l l i c o r madre obten ido de la c en tr ifu ga c ión en e l -

la b o ra to r io . Una muestra d e l l i c o r madre d e l tanque recep to r de

la c e n tr ífu g a se d e s t i la para concentrar y observar la cantidad

de s ó lid o s p resen tes en la d iso lu c ión s í e l po rcen ta je es bas­tan te digamos e l 35% d e l rendim iento t o t a l esperado entonces- -

se procede hacer la concentración en e l aparato de reacc ión , ca so de ten er menos de la cantidad ind icada es oneroso hacer t a i -

recuperación y por e s te m otivo es p r e fe r ib le tan só lo recuperar e l so lven te mediante un a rra s tre de vapor.

En e l transcurso d e l proceso se obtuvo:

lo . de la reacc ión A lcohol-aguaX ile n o -A lc o h o l.

l i c o r madre conteniendo

2o. de la c en tr ifu ga c iónX ilen o , A lcoho l

e s te r y a n ilin a .

Como cada una de estas mezclas se encuentran en d ife r e n te s r e c ip ie n te s todo e l l o se c o le c ta en uno s o lo , para d a rle un la ­

vado con agua, separar e l a lcoh o l después de reposar decantar y bombear a l aparato en e l cual se hará e l a rra s tre por vapor.

Cuando todo e l so lven te está con finado en e l aparato se — comienza por ca len ta r por e l e x te r io r y cuando e l X ileno t ie n e

una temperatura de 40°C se comienza la d o s if ic a c ió n , hacia e l in t e r io r d e l aparato, d e l vapor para comenzar con e l a rra s tre - hacia e l recep to r p rev ia condensación de lo s vapores.

En e l recep to r se tendrá una mezcla de X ilen o agua y a lc o ­hol en la cua l e l agua y e l a lcoh o l separan en la p a rte in f e ----r io r d e l recep to r pudiendo s e r , e x tra íd o s , d e l mismo, por decan ta c ión .

- 60 -

Recordemos también que, hay aunque una pequeña cantidad de e s te r y de a n il in a , estas impurezas deben se r elim inadas en t a l forma que de jen res idu os 6 compuestos m ejor d icho , que no sean

so lu b les eñ X ilen o y para e l l o se recu rre a " la v a r " e l so lv en te con :

I . Acido S u lfú r ico de 80%

A)tJ

XI.Con agua hasta p 7.0 para formar un compuesto con la a n ilin a que es in so lu b le en e l

X ilen o .

I . Sosa Caustica de 40%B) . -

TT

I I . Con agua hasta p 7.0

Para formar un compuesto con e l e s te r que es in so lu b le en- X ilen o .

Después de haber efectu ado e s ta operac ión se bombea e l X i­leno recuperado a l tanque de almacenamiento.

Para hacer una más f á c i l comprensión d e l sistem a, en sus - partes y operación se hace una s in óp s is d e l proceso; de acuerdo con e l diagrama de f lu jo :

A ) . - Cargar e l d is o lv e n te y a d it iv o s .

B ) . - E x tracc ión , por d e s t i la c ió n , de la humedad presen te en e l d is o lv e n te .

C ) . - Una vez seco e l d is o lv e n te ad ic ión d e l E ster A E E (A ce t-

E ssig E th y l ic . ) Aceto A ceta to e t í l i c o .

D ).- Terminada la ad ic ión d e l E ster ( A E E ) proceder a d ic io n a r

la a n il in a , cuando se tien en la s cond ic iones de operación adecuadas.

E ) . - Dejar reacc ion ar un lapso de hora y media más en la s m is­mas cond ic iones de operación cuando se term inó la a d ic ió n de la a n ilin a .

- 61 -

F ) . - Proceder e x tra e r , por d e s t ila c ió n , a lcoh o l e t í l i c o subpro­

ducto de la reacc ión hasta que la muestra ind ique cero .

G ).- Después c e rra r la columna de d e s t i la c ió n y poner e n fr ia — miento en la chaqueta d e l r e c to r , para luego psar a l reac t o r que hará la s veces de c r is ta l iz a d o r .

H ). - R e c ib ir , en e l aparato que hará la s veces de c r i s t a l i z a —

dor, en X ilen o f r í o para c r i s t a l i z a r , hasta la temperatu­ra de c r is ta l iz a c ió n .

I ) . - Cuando t ie n e , e l producto, la temperatura adecuada comen­zar la cen tr ifu ga c ión .

J ) . - Terminada la cen tr ifu ga c ión poner a seca r.

K ) . - Comprobar sequedad y descargar.

L ) . - Hacer pruebas de concentración d e l l i c o r en e l la b o ra to— r io y ver la p o s ib ilid a d de h acerlo en e l proceso.

M ).- Recuperar e l so lven te .

N ) . - Almacenarlo para la s igu ien te operación .

- 62 -

Diagrama de F l u j o C u a l i t a t i v o .

Las c a r a c t e r í s t i c a s d e l e q u ip o s e m enc ionan a c o n t in u a c i ó n ;

H ab ien do e s t a b l e c i d o un o rd en p a ra cada s e c c i ó n ; i n c l u i d o en ca

da una de e l l a s s e e n c u e n t ra cada p a r t e i n t e g r a l d e l a s mismas

y l a r e f e r e n c i a en e l d iag ram a de f l u j o d e l p r o c e s o . Ya s e h i z o

n o t a r que l a s e c u e n c ia de l a f a b r i c a c i ó n e s :

A . A lm acenam ien to de m a t e r i a p r im a .

R e a c c ió n

B. D o s i f i c a c i ó n .

D e s t i l a c i ó n

C. C r i s t a l i z a c i ó n .

D. C e n t r i f u g a c i ó n .

E. Secado .

F . R e cu p e ra c ió n d e l d i s o l v e n t e .

p o r t a l r a z ó n l a c o d i f i c a c i ó n s e g u i r á l a misma s e c u e n c ia :

A lm acen am ien to de M a t e r ia s P r im a s : S e c c i ó n 100.

T - 101 Tanque a lm acen am ien to de X i l e n o .

B - 102 Bomba pa ra l a t r a n s f e r e n c i a de X i l e n o a p r o ­

c e s o . "

R o t - 103 R o tám etro en l í n e a de X i l e n o . La F e n i l A m i ja

y e l e s t e r s e m an t ien en en tam bores c e r r a d o s

p o rqu e con e l O x íg en o d e l a i r e s e o x id a n d e£

com pon iéndose y p o r t a l r a z ó n no s e l o g r a ob

t e n e r e l p r o d u c to f i n a l d e s e a d o .

R e a c c i ó n . S e c c ió n 200 .

R - 201 R e a c to r p a ra l a o b t e n c ió n d e A c e t o A c e t a n i ­

l i d a .

C o l - 202 Columna pa ra l a d e s t i l a c i ó n de a l c o h o l .

C - 203 Condensador de l a co lum na.

C 204 - a Condensador de l a m e z c la X i l e n o - a l c o h o l .

- 63 -

R - 205 R e a c to r d e c a n ta d o r de l a m e z c la X i l e n o - a l c o h o l

agua.

B - 206 Bomba p a ra l a t r a n s f e r e n c i a d e X i l e n o a p r o c e ­

so ó r e c u p e r a c i ó n , ó a lm acén .

D o s i f i c a c i ó n . S e c c ió n 300.

R - 301 R e a c to r pa ra l a d o s i f i c a c i ó n d e F e n i l Amina.

T - 302 Tanque a f o r a d o p a ra l a d o s i f i c a c i ó n de e s t e r .

B - 303 Bomba p a ra c a r g a r e s t e r en e l tan qu e .

R o t - 304 R o tám etro p a ra l a m e d ic ió n de a n i l i n a .

C r i s t a l i z a c i ó n . S e c c ió n 400.

R - 401 R e a c to r p a ra l a c r i s t a l i z a c i ó n .

B - 402 Bomba p a ra l a r e c i r c u l a c i ó n d e p r o d u c to .

T - 403 Tanque de a l i v i o p a ra l a r e c i r c u l a c i ó n de p r o ­

d u c to .

C e n t r i f u g a c i ó n . S e c c ió n 500.

V - 501 V á l v u la H id r a ú l i c a p a ra l a a l im e n t a c i ó n a l a -

c e n t r í f u g a .

C o n t- 502 C e n t r í f u g a pa ra l a s e p a r a c i ó n A c e t o A c e t a n i l i ­

da L i c o r madre.

T - 503 Tanque r e c e p t o r l i c o r m adre.

B - 504 Bomba p a ra l a t r a n s f e r e n c i a de l i c o r a p r o c e s o

ó a r e c u p e r a c i ó n .

S eca d o . S e c c i ó n 600.

S. -601 S eca d o r con f l e c h a r o t a t o r i a p a ra a g i t a c i ó n —

d e l p r o d u c to .

T - 602 Tanque p a ra agua c a l i e n t e .

B - 603 Bomba p a ra l a c i r c u l a c i ó n de agua c a l i e n t e a -

t r a v é s d e l a c h a q u e ta d e l s e c a d o r .

C - 604 Condensador de v a p o r e s de X i l e n o p r o v e n i e n t e s

d e l i n t e r i o r d e l s e c a d o r .

T - 606 Tanque d e s e l l o de agua de l a bomba de v a c i o

- 64 -

B - 607

R ecu p e ra c ió n

R - 701

C o l - 702

C - 703

C - 704

Bomba de v a c i o .

D i s o l v e n t e .

S e c c ió n 700.

R e a c to r p a ra l a r e c u p e r a c i ó n de d i s o l v e n t e .

Columna p a ra l a d e s t i l a c i ó n de l a m ezc la X i l e -

n o -A gu a .

a Condensador de l a m ezc la

X i l e n o - A g u a ,

b Condensador e n f r i a d o r de

l a m e z c la X i l e n o -A g u a .

- 6 5 -

CALCULO Y SELECCION DEL EQUIPO. - En e s t e p u n to e l c á l c u l o y s e ­

l e c c i ó n d e l e q u ip o se h a rá s i g u i e n d o e l o rd e n ya e s t a b l e c i d o -

y de a c u e rd o con l o s c á l c u l o s e s t e q u i o m é t r i c o s r e f e r i d o s a l a -

p r o d u c c ió n fu t u r a o b t e n id a m e d ia n te l a r e c t a de t e n d e n c ia : una-

v e z h ech a e s t a c o n s i d e r a c i ó n p ro c ed e re m o s a i n i c i a r l o s c á l c u —

l o s .

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE MATERIA PRIMA.

P a ra e l e f e c t o s ó l o s e r á c a l c u l a d o un s ó l o tan que p a ra a l ­

macenar m a t e r i a p r im a b á s i c a p o rq u e como y a s e h i z o m ención en

c a p í t u l o s a n t e r i o r e s e l A c e t o A c e t a t o E t í l i c o ( AEE ) y l a F e —

n i l Amina s u f r e n o x id a c i o n e s con e l o x í g e n o d e l a i r e y que p o r

e s t a r a z ó n e r a p r e f e r i b l e t e n e r a lm acenados d i c h o s m a t e r i a l e s —

en tam bores c e r r a d o s con c a p a c id a d de 200 K g .c a d a uno

C u a le s deben s e r l a s d im e n s io n e s y c a r a c t e r í s t i c a s de un -

tanque de a lm a cen a m ien to , no e x i s t e aun una norma o r e g l a que -

e x i j a t a l e s r e q u e r im i e n t o s ; dado que e l d i á m e t r o y l a a l t u r a —

s e rá n l o s más a d a p ta b le s a cada n e c e s id a d .

1 . - Tanque c i l i n d r i c o v e r t i c a l p a ra a lm a cen a r X i l e n o .

Con f o n d o y c u b i e r t a p la n o s .

C ap ac id a d 15 t o n . C a n t id ad n e c e s a r i a p a ra c i n c o o p e r a c i o n e s .3 o

D ens idad d e l X i l e n o 0 .862 g/cm ton/m

E l vo lum en que c o n te n d rá s e r á :

MV V

15 tonton 1 7 . 4 m

3“ a- 0. 862

■4g</a £a/,

red ri

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t t -T"i r*i f'l

L-I-Lj . l i— i— i_

1 , 1 l j l j

I I I _l i . _ lr

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F a é r /e a c e o * ole 4c<?/o 4 C.e/anc/(</aa. ¿Dattir efe 4n¿¿c//a

D/A$44*f* Ú( F ir jo ^ ír/u/fJ'lve

>

66

Sabemos que

II D'2

A4

A rea t r a n s v e r s a l d e l c i l i n d r o

L = h = II

Tí D'

D L o n g i tu d 6 a l t u r a d e l c i l i n d r o2

V = 4h Volumen d e l c i l i n d r o

S u b s t i tu y e n d o e l v a l o r de h en l a e c u a c ió n c o r r e s p o n d i e n t e se

t i e n e :

E n to n c e s :

D = 1 .93 m.

h = I I x D = 3 .14 x 1 .93 = 6 .05 m.

P ro p o r c io n a re m o s un 20% más de ca p a c id a d p a ra t e n e r un —

e s p a c io p a ra l o s v a p o r e s de s o l v e n t e que s e fo rm en d u ran ­

t e e l d í a en l a s ép ocas d e l año más c a lu r o s a s .

h = 6 .05 x 1 .20 = 7 .3 m.

Se r e q u i e r e un tan qu e con l a s s i g u i e n t e s d im e n s io n e s y -

e s p e c i f i c a c i o n e s :

D = 1 .93 m.

h = 7 . 3 0 m.

4 x 17.49 .8

- 6 7 -

V = 1 7 .4 m3

V á l v u l a de p u rg a en e l fo n d o .

Dos v e n t e o en l a t a p a con v á l v u l a de s e g u r id a d .

E n trad a hombre p a ra i n s p e c c i ó n .

M a t e r i a l de c o n s t r u c c i ó n A c e r o a l C arbono .

2 . - E l tan qu e c i l i n d r i c o v e r t i c a l d e A c e t o A c e t a t o E t í l i c o .

Con fo n d o y c u b i e r t a p la n o s .

C apac idad 0 .375 Ton . p a ra una s o l a o p e r a c i ó n .

TonD ens idad d e l e s t e r . 1 .03 3m

E l vo lumen que c o n t e n d r á s e r á :

N 0 .3 7 5 Ton „ 3v = - a — = — 30 ~TÓtT = ° - 364 m

3m

P e r o como s e c o n s id e r a que p o r l o menos se hacen t r e s o p e ­

r a c i o n e s p o r d í a , e n t o n c e s :

V = 0 .364 x 3 = 1 .092 m3

H ac ien d o l a s mismas c o n s id e r a c i o n e s que para e l tan qu e d e -

X i l e n o , e n to n c e s podemos c a l c u l a r e l d iá m e t r o y l a a l t u r a de —

a cu e rd o a l a s e c u a c io n e s y a e s t a b l e c i d a s :

D = 3/4 V 3 /4 x 1 . 0 9 2 3 Í4 .368 3 lQ

V 3 .1 4 2 V 9 - 8 /

4 4 6 = 0 . 7 6 5 m.

h = f ? x D = 3 . 1 4 x 0 . 7 6 5 = 2 . 5 1 m.

N ec e s i ta m o s un tanque de l a s s i g u i e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s :

D = 0 .765 m.

h = 2 .51 m.

V = 1 .092 m3

V á lv u la de pu rga en e l fo n d o .

Dos b o q u i l l a s pa ra n i v e l de v i d r i o .

(no e s n e c e s a r i o r e g i s t r o h o m b re ) .

Es re co m en d ab le u sa r A lu m in io , p o rque e l e s t e r a l c o n t a c t o

con f i e r r o es c o r r o í d o .

- Tanque c i l i n d r i c o v e r t i c a l p a ra a lm acen am ien to H^SO^ 82% —

para " l a v a r " X i l e n o r e c u p e r a d o .

Con fon d o y c u b i e r t a p la n o s .

E l vo lum en n e c e s a r i o de A c id o S u l f ú r i c o s e c a l c u l a en l a -

b as? de que p o r cada 100 Kg. de X i l e n o r e c u p e ra d o s e em-----

p l e a r á n 10 Kg. de A c id o S u l f ú r i c o de 82%. E n to n c e s :

10 Kg H2 S04 x

. . . T, T7T ~ 3000 Kg X i l e n o por op .100 K g .X i l e n o 3 v r

X = 300 Kg. H2S°4 P ° r ° P e r a c i6 n .

- 69 -

Pa ra s a b e r l a c a n t i d a d n e c e s a r i a de H2S04 debemos h a c e r de cuen

t a que recu peram os l a s 15 Ton. de X i l e n o , e n t o n c e s :

0 .169 m3 H2S04 Vt H2 SC>4

0.300 Ton X i l e n o 15 Ton X i l e n o

VT = — O — X ° - 169 11,3 H2S° 4 825

VT = 8 .45 m3 h 2S04 82%

VT = 8 .45 m3 H2S04 82

S í c o n s id e ra m os un 20 % d e s e g u r id a d .

VD = 8 .45 x 1 .2 0 = 10 .140 m3 H^SO, 82 %K ¿ 4

E l d iá m e t r o y l a a l t u r a como ya ha s i d o e s t a b l e c i d o s e rá n

c a l c u l a d o s :

= 3 / 4 _ V _ '= 3 /4 x 1 0 . 14 '

j ~ * = 1 * 6 1 m '

h = í í D = 3 .14 x 1 .6 1 = 5 .0 5 m.

Se r e q u i e r e un tan qu e d e a lm acen am ien to de l a s s i g u i e n t e s e s p e c i

f i c a c i o n e s :

3V = 10 .140 m B o q u i l l a con b r i d a c i e g a p a ra

D = 1 .61 m. purga en e l fo n d o .

h = 5 .05 m. V e n teo en l a p a r t e s u p e r i o r .

- 70 -

Entrada hombre para inspección.Material de construcción, acero al carbono.

4.- Tanque cilindrico horizontal de almacenamiento de sosa cafls- tica 40% para "lavar" Xileno recuperado.

En domos semielípticos.

El volumen de sosa cadstica necesaria para lavar el Xileno se calcula considerando que por cada 100 lt. de Xileno recupera­do' es necesario emplear 5 Kg. de sosa caústica de 40%.

5 Kg. NaOH 40% _ __________ X________________100 Kg Xileno 3000 Kg Xileno por op.

15,000100

Kg NaOH 40% = X

VT = 150 Kg NaOH 40 % por op.

v = - f — - -T7W ! g = 104 L t - = ° - 104 m-Lt

Y para lavar los 15,000 Lt. de Xileno es necesario entonces;

0.104 m 3 NaOH _ VT Na0H0.150 Ton Xileno 15 Ton Xileno

VT NaOH = - Q— i5 0----- x 0.104 m J NaOH 40%.

VT = 10.4 m3 NaOH 40%.

Sí consideramos un 20% de seguridad.

VR = 10.4 x 1.20 = 12.5 m 3

- 7 1 -

Calculamos aho;ra el diámetro y la altura de acuerdo con:V

4 Rr-v 2II

= 3 I T x 12.5 I 3[ 5Ó .0^ = x.VJ 3.142 >J 9 *8

72 m.

D = 1.72 m.h = II D = 3.14 x 1.72 m = 5.4 m.

h = 5.4 m.El volumen de los domos entonces será:

II D3 3.14 x 1.723 , 3Vd = — 12— = ---- 12-------- = 1-31 mComo son dos domos entonces:

1.31 x 2 = 2.62 m 3Y el volumen total será: V_ + V,= VR a

12.5 + 2.62 = 15.12 m 3 Características de este tanque.Venteo en la parte superior con válvula de seguridad.Válvula de purga en el fondo.Dos boquillas para nivel de vidrio.Entrada hombre para inspección.Material de construcción; Acero al Carbono.REACCION ■= El diseño de un reactor se ve influenciado por Ios-factores físicos que afectan la reacción química,, por tal razón deben tomarse muy en cuenta siempre que se aborde dicho proble­ma. Los factores que afectan la cinética de un proceso químico- son:

- 72 -

1. E l t i p o y l a fo rm a d e l r e a c t o r usado .

2. E l m étodo de o p e r a c i ó n .

3. E l c o n t r o l de l a t e m p e ra tu ra .

4. F l u j o i n t e r m i t e n t e ó f l u j o c o n t in u o .

5. C a rga m e z c la d a .

6. Cama a r r e g l a d a o f l u i d i z a d a (en e l c a s o de r e a c c i o n e s -

c a t a l í t i c a s ) .

A. Con r e s p e c t o a l a fo rm a y t i p o de r e a c t o r , s e pueden c l a s i f i

c a r de a cu e rd o a l a s s i g u i e n t e s c o n s i d e r a c i o n e s :

a ) Tanque c e r r a d o .

b ) C a ld e r a a g i t a d a .

c ) C a ld e r a de r e c i r c u l a c i ó n e x t e r i o r p e r o —

s i n a d i c i o n e s ó e x t r a e r m a t e r i a l .

1. R e a c to r e s i n t e r m i t e n t e s

con c a r g a hom ogénea.

d ) S e r p e n t ín con r e c i r c u l a c i ó n e x t e r i o r p e ro

s i n a d i c i o n a r ó e x t r a e r m a t e r i a l .

Fase g a s e o s a .

a ) Carga con a d i c i ó n — Fase l í q u i d a ,

c o n t in u a de r e a c t i v o F ase s ó l i d a .

Form ac ión de g a s e s2. R e a c to r e s sem i

c o n t in u o s P r e c i p i t a c i ó n s ó l i d o s

Form ac ión de l í q u i d o s

I n m i s c i b l e s .

b ) Carga con e x t r a c c i ó n

c o n t in u a de un p r o —

d u c to .

- 73 -

r e a c t i v o y e x t r a c c i ó n de un p r o d u c to .

a ) R e a c t o r t u b u la r c o n t in u o .

b ) R e a c to r con a g i t a d o r i n t e g r a l .

c ) R e a c to r t u b u la r con a l g o de p r e m e z c la .

. . , t o r r e s empacadas.3. R e a c to r e s c o n t in u o s c

, . , . . t o r r e s v a c í a s ,homogéneos. d )R e a c t o r e s t i p ot o r r e s con mámparas.

e ) R e a c t o r con mámparas en e l seno de l a —

r e a c c i ó n .

f ) R e a c to r l o n g i t u d i n a l con i n y e c c i ó n m últ i^

p i e de un r e a c t i v o .

a ) R e a c t o r e s t i p o t o r r e empacada en c o n t r a

c o r r i e n t e

b ) R e a c t o r e s c a t a l í t i c o s L o n g i t u d in a l .

Con cama a r r e g l a d a Con p r e m e z c la .

4. R e a c to r e s c o n t in u o s

h e t e r o g é n e o s c ) R e a c t o r e s c a t a l í t i c o s L o n g i t u d in a l .

Con cama cam b ian te y Con p r e m e z c la .

F l u i d i z a d a .

d ) Columna de d e s t i l a c i ó n

c) C a r g a c o n a d i c i ó n c o m b i n a d a d e

- 74 -

B . - Según e l método de o p e r a c ió n l o s r e a c t o r e s s e c l a s i f i c a n en :

1. I s o t é r m i c o s

2. A d i a b á t i c o s

3. No i s o t é r m i c o s - No a d i a b á t i c o s

C. De a cu erdo con e l f l u j o se d i c e que son :

1. I n t e r m i t e n t e s

2. L o n g i t u d in a l e s c o n t in u o s

3. Semi i n t e r m i t e n t e s ó s em ic o n t in u o s

C l a s i f i c a c i ó n que como ya s e h i z o mención e s p a r t i c u l a r m e n t e l a

i n f l u e n c i a de l a s c a r a c t e r í s t i c a s f í s i c a s d e l r e a c t o r , h a c ia e l

s is t e m a r e a c c i o n a n t e y en e s t e a s p e c to l o s podemos d i v i d i r en -

l o s grupos s i g u i e n t e s ; a d i c h o s s i s t e m a s :

1. Fase l í q u i d a homogénea

2. F ase l í q u i d a h e t e r o g é n e a

3. R e a c c ió n de un l í q u i d o con un gas

4. R e a c c ió n de un l í q u i d o con un s ó l i d o

5. R ea c c ió n en f a s e l í q u i d a formando un s ó l i d o

6. R ea c c ió n en f a s e l í q u i d a formando un gas

7. R e a c c ió n en f a s e g a s e o s a homogénea

8. R ea c c ió n c a t a l í t i c a en f a s e g a s e o s a h e t e r o g é n e a

9. R e a c c ió n no c a t a l í t i c a f a s e g a s e o s a h e t e r o g é n e a

Todo e s t o s e c o r r e l a c i o n a p a ra tomar l a d e c i s i ó n d e f i n i t i v a d e -

c u a l debe s e r e l t i p o de r e a c t o r a d i s e ñ a r p a ra e l p r o c e s o e s p e

c í f i c o . S i e l p r o c e s o i n v o lu c r a pequeñas c a n t i d a d e s , p r o d u c t o s -

- 75 -

i n t e r m i t e n t e s , una c o m p l ic a d a s e c u e n c ia de o p e r a c i o n e s , o e l —

m a n ten im ien to ex trem adam en te l a r g o ; e n to n c e s l o más a p r o p ia d o es

d e c i d i r s e p o r un r e a c t o r i n t e r m i t e n t e ó b i e n p o r un r e a c t o r -----

s e m i i n t e r m i t e n t e .

En n u e s t r o c a so p a r t i c u l a r s e t r a t a de una o p e r a c i ó n sem i­

i n t e r m i t e n t e , aun cuando l a fo rm a de c a r g a r l o s r e a c t i v o s s e ha

c e como a c o n t in u a c ió n s e d e s c r i b e :

A. REACCION.

1 ) . C a rga r e l d i s o l v e n t e .

2 ) . C a rg a r a d i t i v o s y c e r r a r e l a p a ra to p a ra d e s t i l a r -

" s e c o "

B. 1 ) . A d i c i o n a r e l e s t e r , cuando e s t é " s e c o " e l d i s o l v e n ­

t e .

C. 1 ) . A d i c i o n a r l a f e n i l am ina, en e l t ie m p o adecuado .

2 ) . D e ja r un t iem p o más p a ra l o g r a r una mayor c o n v e r -----

s i ó n de a n i l i n a .

3 ) . D e s t i l a r a l c o h o l - X i l e n o pa ra c o n c e n t r a r l a d i s o l u ­

c i ó n .

D. CRISTALIZACION.

1 ) . C a rg a r d i s o l v e n t e en e l c r i s t a l i z a d o r .

2 ) . C e n t r i f u g a r .

E. SECADO.

1 ) . C a rga r p r o d u c to c e n t r i f u g a d o a l s e c a d o r .

2 ) . D e s c a rg a r p r o d u c to .

- 76 -

Como puede o b s e r v a r s e en e l l a p s o de r e a c c i ó n s o l o puede -

t r a n s f o r m a r s e l a f e n i l am ina. S í s e d e j a r e a c c i o n a r un p oco más

d e l p e r i o d o de r e a c c i ó n y a p a r t e de e l l o s e n e c e s i t a r í a una -----

g ra n c a n t id a d de d i s o l v e n t e p a ra e f e c t u a r l a r e a c c i ó n , c a s o d e ­

que fu e r a c o n t in u o e l s i s t e m a .

P o r l o g e n e r a l p a ra t e n e r l a c e r t e z a de e s t a r d e n t r o de —

l o s r e q u e r im ie n t o s n e c e s a r i o s a e s c a l a i n d u s t r i a l , p r e v ia m e n te

en e l l a b o r a t o r i o debe h a c e r s e una c l a r a y p e r f e c t a e v a lu a c i ó n -

de como qu ed ará e s t a b l e c i d a l a s e c u e n c ia d e l p r o c e s o p a ra e v i —

t a r s e p o s t e r i o r e s m o d i f i c a c i o n e s que redundan en l a e l e v a c i ó n -

d e l c o s t o t a n t o d e l e q u ip o como d e l p r o d u c to a e l a b o r a r s e ; p o r

t a l r a z ó n debe p r o c e d e r s e como s i g u e :

1 . - O b ten e r l a d i s t r i b u c i ó n e x p e r im e n t a l de l o s p ro d u c to s

en un l a b o r a t o r i o ó en una p l a n t a p i l o t o .

2. Usar l a ó l a s e c u a c io n e s a p ro p ia d a s p a ra c o n o c e r l a -----

c o n s t a n t e e s p e c í f i c a de l a v e l o c i d a d de l a r e a c c i ó n .

3. Usar e l v a l o r de l a c o n s ta n t e e s p e c í f i c a d e l punto an­

t e r i o r y l a e c u a c ió n c o n v e n ie n t e p a ra c a l c u l a r l a t r a n s

fo r m a c ió n d e l o s r e a c t i v o s .

4. C a l c u l a r l a t r a n s fo r m a c ió n d e l p r o d u c to d e s e a d o y g r a -

f i c a r i a c o n t r a l a r a z ó n de a l im e n t a c i ó n .

Pa ra l a o b t e n c ió n de l a A c e t o A c e t a n i l i d a en e l l a b o r a t o r i o se

o p e ró de l a s i g u i e n t e m anera :

A ) . En un m a tra z de t r e s bocas con columna d e d e s t i l a c i ó n

y r e f r i g e r a n t e , s e p u s ie r o n :

- 77 -

1) • 425 g X i l e n o

Se d e s t i l ó s e c o y s e a d i c i o n ó .

2) . 75 g E s t e r

P o s t e r i o r m e n t e s e p r o c e d i ó con l a a d i c i ó n de l a a n i ­

l i n a :

3 ) • 43 g A n i l i n a

En un l a p s o d e t e rm in a d o de a cu e rd o con l a s e c u a c i o —

nes s i g u i e n t e s :

I Mol p r e s e n t e en l a r e a c c i ó n :

425X i l e n o .106 g/mol

43 9 - = 0 .414 mol A n i l i n a .93 g/mol

75 9 0.578 mol E s t e r130 g/mol 4 .992 mol

4 mol x 100 = 80 % X i l e n o .4.992 mol

0 .414 mol x 100 = 8 .3 % A n i l i n a .4.992 mol

0•578 mol x 100 = 11.7 % E s t e r . 4 .992 mol

- 7 8 -

80 x 106 x mol = 8480 g . X i l e n omol

8 3 x 93 q x mo1 = 771 9' A n i l i n amol

11- 7 * 130 s h - * “ ° 1 - i M r f

Volumen que ocupa l a m e z c la :

■tr - 10776 g i n . m1.0275 575a m l -

I I I . La C o n c e n t r a c ió n i n i c i a l d e l r e a c t i v o b a s e s e r á :

XI. B a s e 1 0 0 m o l d e A l i m e n t a c i ó n .

Ca ~ 8. 3 _m o l _ _ 0 -4 mol0 10450 ml 7' 9 x 10 " S i l - "

IV . E l volumen p ro m ed io m o la l e s :

m o la l i d a d = — ------- = 2 2 Í ,g d i s o l v e n t e 8480 g . d i s

-3 mol= 2 .3 6 x 10'g d i s .

Vm= - i m o la l i d a d x d = - - 6 * 10

-3X

x o .8 6 2 — ------- x S Lá Í£ .g . d i s m l.

V = 1 .02 x l o -3 mo1V X • V«< A X V -im ml.

V. La c o n s ta n t e e s p e c í f i c a de l a v e l o c i d a d de r e a c c i ó n e s :

x, _ K T _ - ln K

- X T e

K C o n s ta n te de Bo ltzm an = (1 .3 8 0 5 ) 10 1*’ e rg/ °K m o l

-27h C o n s ta n te de P la n c k . = (6 .6 2 4 0 ) 10 e r g seg/m ol

= (2 .0 8 4 2 ) 1010 s i -------

E c u a c i ó n e n l a q u e :

K s e g .

T Tem pera tu ra de e q u i l i b r i o A b s o lu t a .

^ C o e f i c i e n t e de a c t i v i d a d = 1 .0

Volumen p rom ed io m o la l .

- ln k = * GrRT.

S u s t i tu y e n d o v a l o r e s tenem os :

K = (2 .0 8 4 2 ) 1010 527 - 29855c 1 .0 x 1 .02 x 1 0 -3 e 1-98 x 527

x °K

°K s e g . mol/ml

K = 1 .074 x 1016 x e - 2 8 ,6 = 1 .074 x 1016x 5 .05 x 10“ 17^ ^ ------c m o l/ s e g .

K = 5 .45 x 10-1 mlc ' mol s e g .

V I En l a r e a c c i ó n se puede v e r que s e t r a t a de una r e a c c i ó n d e ­

segundo o rd e n :

A + B ------------- 3^ R + S

Y l a v e l o c i d a d de r e a c c i ó n e s t a r á dada p o r l a s i g u i e n t e e x p r e s i ó n :

2

- 80 -

E n t o n c e s

r = KC CA 0 < 1 - V

S u s t i tu y e n d o v a l o r e s c o r r e s p o n d i e n t e s t e n e m o s :

r = 5 .45 x 10- 1 (7 .9 x 10- 2 ) 2 (1

r = 0 .301 x 10 -3 molml s e g .

V I I E l t ie m p o de r e a c c i ó n se d e t e rm in a p o r :

B = c. tA dx

p e ror " KC CA? < 1 - V '

e n to n c e s = C, íi Jo dx

Kc Ca ! - X>'

F in a lm e n te nos q u e d a :

e K C. c A .(1 " XA 5

S u b s t i tu y e n d o v a l o r e s dá :

e = _____________ i

5 .4 5 x 1 0 -1x 7 .9 x 10-2

i - 1 i __________1 - 0 .7 ml mol

mol s eg ml

O _ 1 x 104 .. 0 .7 s e q = 0 .5400 x 104° 4 .306 0 .3

0 . 7 0 ) 2

s e g

6 = 1 . 5 Hr.

- 8 1 -

Estamos y a en l a p o s i b i l i d a d de p o d e r c a l c u l a r e l vo lu m en -

d e l r e a c t o r c o n s id e r a n d o que nunca debe t r a b a j a r s e a r r i b a d e l -

85% de su c a p a c id a d .

Hemos e n c o n t r a d o en n u e s t r o caso que p a ra e f e c t u a r l a r e a c

c ió n n e c e s i t a m o s :

224 — A n i l i n a d = 1.025di a. 3m

375 d ía E s t e r d = 1-030 - ~ ° n- -m

2127 - f j g ~ X i l e n o d = 0 .862 Ton

m3

2.726 - ~d í a

La d en s id a d de l a m e z c la r e a c c i o n a n t e s e r á :

1 .025 + 1 .03 + 0 .862 2 .907 0 .969 Ton3m

E n tonces e l vo lum en d e l r e a c t o r s e r á : Ton

2.726 d í a _ , oo 3— Z . Q¿ nt0 .969 Ton d ía

m

2.82 m3 3 , e 3= 3 .3 1 m = 3 . 5 m0.85

Es s iem p re d e s e a b l e t e n e r un l i g e r o margen de s e g u r id a d p o r t a l

ra zón daremos 20% más.

3 .5 m3 x 1 .2 0 = 4 .2 m3

E l volumen r e a l ap rox im ado d e l r e a c t o r s e r á :

V = 4500 l t . r

- 82 -

L a a l t u r a y e l d i á m e t r o s e c a l c u l a r á d e a c u e r d o a l a e c u a c i ó n :

***•2 3v = - Í T P

D = y 4 V 1

/ I I 2

. . 3 '4- x- V m = 1 .25 m3 .14

h = X I D = 3 .14 x 1 .2 5 m = 3 .925 m.

h = 4 . 0 ra.

E l vo lumen de l o s domos, s e rá n s e m i e l í p t i c o s ; e s :

ti _ I I D3 _ 3 . 1 4 x l . 2 5 3 _ 0 .51 m312 12

Como son dos e n to n c e s

V = 051 x 2 = 1 .02 m3 d

P o r t a l m o t i v o e l vo lum en t o t a l d e l r e a c t o r s e r á :

V_ = V + V = 4 .500 m3 + 1 .02 m3 i c a

VT = 5 .500 m3

P a ra c a l c u l a r l a columna de d e s t i l a c i ó n , que s e r á p a r t e i n t e g r a l

d e l r e a c t o r ; s e d eb e tom ar en cuen ta l o s i g u i e n t e :

- 83 -

Habíamos dicho ya, en el capítulo IV, que para lograr el desplazamiento de la reacción, hacia la formación de Aceto ace— tanilida, era necesario adicionar poco a poco la Fenil Amina —

sobre el ester, colocado en el seno del Xileno y que como resul tado de tal contacto iba a resultar, aparte del producto princi pal; otro que se consideraría subproducto y éste era el Alcohol etílico, y que por tal motivo'para mantener el equilibrio de la reacción en consecuencia era forzoso extraer uno de los produc­tos de la reacción en nuestro caso el alcohol etílico formado.La forma en la que se hará la extracción será por destilación - tan pronto se forme en el seno del reactor el subproducto.

De como debe estar integrada la columna es una cuestión —

que será resuelta por la opción tínica de tener a todo lo largo- de la misma una sección más de reacción, aun cuando no se tenga la misma temperatura original del recipiente en el cual se ten­gan confinados los reactivos. Es decir que el destilado a su paso por la columna no tan solo será, lo que debía suponerse, ---alcohol-Xileno. Sino que en el estarán presentes también, Ester, Anilina y Aceto Acetanilida; los que a medida que ascienden a - la parte más alta de la columna irán siendo enfriados por la —

pérdida de su calor latente y al mismo tiempo por la acción en­friadora del condensador situado, como parte de la columna, al- término de la misma. En otras palabras tal acción puede expre—

sarse como el ascenso de vapores que salen del reactor los que

D e s t i l a c i ó n d e a l c o h o l e t í l i c o f o r m a d o .

- 84 -

en su recorrido y debido al enfriamiento de los mismos por la pérdida de su calor latente tienden a retornar a la parte de —

la cual salieron. Es evidente que todo cuanto acontece dé lu—

gar a que en su mayor parte en el transcurso de la operación se logre separar una fracción indeseable en el seno de la reacción porque, sí estuviese presente formaría productos que no benefi­cian en nada al proceso de fabricación deseado. Como complemen­to de la columna se tienen dos condensadores más con el objeto de lograr la función deseada de los mismos, es decir que el des tilado a su paso por ellos aun tendrá el suficiente calor como para aparecer o salir del sistema como vapores, por tal razón - es que se colocan después de la columna y prácticamente uno de- ellos condensará y el otro enfriará antes de que el destilado - caiga al tanque receptor.

La extensión que se daría al capítulo presente para hacer un estudio de alternativa respecto a la mejor y mayor eficien—

cia obtenida con una columna empacada y con una columna con pía tos para la separación de la fracción haría decidirse al fin y al cabo por la columna empacada de acuerdo con las consideracio nes hechas de antemano, por tal razón nos concretaremos al cál­culo único de la columna empacada.

Consideraciones Preliminares.

En algunas operaciones de destilación las columnas empaca­das son usadas en preferencia a columnas con platos. Generalmen te la selección requiere un entendimiento perfecto del aborda—

- 85 -

miento de las características de los fluidos del sistema. En —

ocasiones estas columnas han sido usadas hasta en operaciones —de formación de polímeros. Sin embargo, existen otros artifi---cios de contacto que pueden ser más fáciles y claros; así mismo se puede decir que para algunos procesos la columna empacada esmucho más efectiva tanto como la columna de platos de uso más—corriente.

Altura Equivalente a un Plato Teórico.

Las operaciones de destilación se pueden expresar mejor entérminos de relaciones de equilibrio y de platos teóricos. Por consiguiente, uno de los factores que correlacionan estos con—

ceptos es la Altura Equivalente de empaque a un uso efectivo de estos conceptos es extremadamente magro y aparentemente contie­ne muchas incertidumbres tan distantes como para una aplicaciónde suyo concerniente. Cuando se tienen buenas correlaciones ---desarrolladas para predecir la A. E. P. T. sin datos de prueba,entonces esto puede ser un medio de expresar las alturas de ---empacado en la destilación.

EFICIENCIAS DE EMPAQUE.- La eficiencia de contacto de un empa—

que se expresa en términos de la altura empacada requerida para desempeñar las funciones de una etapa de equilibrio o de una uni

dad de transporte. Teóricamente la unidad de transporte, que —

puede considerarse como la etapa de equilibrio definida diferen cialmente, es el concepto más adecuado, puesto que en la colum­na empacada no hay "pasos" como los hay en la columna de platos.

- 86 -

Sin embargo, numéricamente la AETP (altura equivalente a un ---plato teórico) suele ser casi igual a la AUT (altura de una uni dad de transporte) y el concepto de AETP es el más simple. Debí.do a la gran incertidumbre que implica el uso de las eficien---cias de contacto de los empaques, el uso de AUT aparenta ser —

una complicación innecesaria. También los AUT; Tienen el incon­veniente de ser difíciles de aplicar a sistemas de multicompo—

nentes. Por ambas razones las eficiencias de empaque suelen ex­presarse como AETP.

FACTORES QUE AFECTAN LA

EFICIENCIA DE LOS EMPAQUES.- Los principales factores que afec­tan la eficiencia de los empaques son las resistencias al trans porte de masa en las fases líquido y vapor y la canalización.—

Las resistencias al transporte de masa deberían sujetarse a pro cesos de cálculo, tal como en la estimación de la eficiencia de platos. Sin embargo, el grado de canalización es siempre dudo­so, particularmente en empaques colocados al azar tales como —

anillos o sillas. Por supuesto que la canalización se ve afecta da por cuan uniformemente se distribuyan los flujos de líquido y vapor sobre el empaque. Mas sin embargo, no adentraremos en - particularidades como son; la distribución inicial adecuada así

como de las consecuencias que resultan de esta, canalización lo cal y canalización total tomando en cuenta también que en la —

mayoría de los datos publicados tienen una deficiencia que de - hecho radica en haberlos obtenido a reflujo total.

- 87 -

Para la estimación de la A.E.P.T. se empleará la fórmula- de Hands y Whitt por estar basada esta en datos cuya literatura ha correlacionado el autor de empaques de tamaño comercial y en especial de anillos Raschig; fórmula que se adapta a las necesi dades del diseño de nuestra planta porque el empaque empleado - en nuestra columna será precisamente anillos Raschig de una pulgada de diámetro colocados al azar. La ecuación de Hands y ---Whitt es la siguiente:

AEPT =

En donde el AEPT esta expresado en metros.2L masa velocidad del líquido Kg/hr. m

Jr

0^ Diámetro del empaque m.

L viscosidad del líquido Kg/m. hr.

La ecuación anterior es consistente con la de Drikamer y - Bradford para platos de cachuchas de burbujeo en que representa las propiedades del sistema líquido mediante / ü ^ 0 ' 5

El valor de AEPT será calculado posteriormente al cálculo- obtenido para la sección de la columna es decir que la altura - de empaque esta íntimamente ligada a la determinación de la al­tura total de la columna, prefiriendo, por tal motivo calcular así, para tener un orden establecido porque de otra manera cal­cularíamos este valor sin conocer por ejemplo, la masa veloci—

dad del líquido, para lo cual debemos conocer previamente los—

- 88 -

v a l o r e s c o r r e s p o n d i e n t e s de l a s f r a c c i o n e s m o la r e s , y demás p ro

p ie d a d e s r e s u l t a n t e s en to d a d e s t i l a c i ó n . También es n e c e s a r i o -

c o n o c e r de antemano e l v a l o r c o r r e s p o n d i e n t e a l a r e a por l a -----

cu a l f l u i r á n l o s v a p o re s en su r e c o r r i d o a s c e n d e n te y e l l í q u i ­

do fo rm ado , en l a misma columna.

En e l s i s t e m a , de que t r a t a e s t e tema; m u lt ic om p on en te ya que -

e s t a form ado p o r :

a ) X i l e n o .

b ) A l c o h o l .

c ) T r i e t a n o l Amina.

d ) A c e t o A c e t a t o e t í l i c o .

e ) F e n i l Amina.

Rea lm en te no r e p r e s e n t a n ingún p rob lem a p a ra l o g r a r l a cle£

t i l a c i ó n d e l p r o d u c to i n d e s e a b l e en e l s i s t e m a , en n u e s t r o c a so

a l c o h o l e t í l i c o , dado que l o s pun tos de e b u l l i c i ó n de cada uno

de e l l o s e s t á n sumamente d i s t a n t e s como puede v e r s e en l a t a b l a

# 4.

T a b la # 4

Componente Punto de E b u l l i c i ó n

A l c o h o l 74 .5 a 7 9 .5 °C.

X i l e n o 129 a 129 .5 °C

A c e t o A c e t a t o e t í l i c o 180.4 °C

A n i l i n a 184.4 °C

T r i e t a n o l A m i n a 360 °C

- 89 -

S in c o m e n ta r io a lg u n o no s e p od rá dudar que l o s componen—

t e s más v o l á t i l e s s o n :

a ) A l c o h o l e t í l i c o 74 .5 a 7 9 .5 °C.

b ) X i l e n o 129 a 129 .5 °C .

p o r ende y d e b id o a l a t e m p e ra tu ra a l a c u a l s e hace l a o p e r a —

c i ó n , 140°C máximo p o r l a a c c i ó n d e l c a t a l i z a d o r ; t a l e s compo—

n e n te s t e n d e rá n de s ú b i t o abandonar e l s i s t e m a que l o s t i e n e —

c o n f in a d o s lo g ra n d o con e l l o e l o b j e t i v o de n u e s t r a r e a c c i ó n . -

O b v io r e s u l t a d e c i r tam b ién que ambos com ponentes son sumamente

s o lu b l e s uno en e l o t r o t r a t á n d o s e , p o r t a l r a z ó n ,d e una m ezc la

b i n a r i a X i l e n o - A l c o h o l ; r e d u c ié n d o s e e l p rob lem a a c o n s id e r a r

como t a l t o d o e l s i s t e m a .

Indu d ab lem en te s u rg e l a p r e g u n ta , d espués de e s t a b l e c i d o -

l o a n t e r i o r , de como s e l o g r a r á l a s e p a r a c i ó n de l o s componen—

t e s ; c o s a que en c u a l q u i e r o p e r a c i ó n a e s c a l a i n d u s t r i a l e s eos

t o s a , mas s in em b a igo , dado e l b a j o c o n t e n id o en a l c o h o l , produ

exdo en l a r e a c c i ó n ; no r e p r e s e n t a un g r a v e p rob lem a p o rq u e con

e l s a l d r á una pequeña c a n t id a d de d i s o l v e n t e , l o que p e r m i t e —

una mayor c o n c e n t r a c i ó n d e l p r o d u c to o b t e n id o . E l a l c o h o l se —

s e p a r a la v a n d o con agua e l d i s o l v e n t e y decan tan do p o s t e r io r m e n

t e l a m ezc la a g u a - a l c o h o l .

Pa ra e v i t a r l e s a l i d a de o t r o p r o d u c to que no sea e l a l c o ­

h o l , es c o n v e n ie n t e e x t r a e r d e l s i s t e m a é s t e mismo poco a poco

pa ra que no haya l a p o s i b i l i d a d de que se fo rm e o t r a m e z c la , e s ­

d e c i r que a g o ta d o e l a l c o h o l y aun con b a s t a n t e t ie m p o p o r f i n a

- 90 -

l i z a r l a r e a c c i ó n s e f o r m a r ía o t r o p a r con e l s i g u i e n t e compo—

n e n te de punto t e e b u l l i c i ó n c e r c a n o a l d e l X i l e n o . Se fo rm arán

m e zc la s con e l X i l e n o p o r s e r e s t e e l d i s o l v e n t e de t o d o e l s i s

tema.

La n o m e n c la tu ra usada en e s t a p a r t e d e l c a p í t u l o V I , e s t a -

de a cu e rd o con l o s t é rm in o s que en fo rm a más g e n e r a l i z a d a s e —

emplean p a ra d e s i g n a r l a s c o n d i c i o n e s de t r a b a j o en l a s o p e r a —

c io n e s de d e s t i l a c i ó n .

N om en c la tu ra .

XF F r a c c i ó n m o la r d e l com ponente más v o l á t i l .

F M o le s de m ezc la en l a columna p o r un idad de t ie m p o .

XD F r a c c i ó n m o la r d e l compuesto más v o l á t i l en e l d e s t i l a d o .

D M o les de d e s t i l a d o sacad as de l a columna p o r u n idad de t i e m p o .

^ F r a c c i ó n m o la r d e l com puesto más v o l á t i l en e l r e s i d u o .

B M o les de r e s i d u o p o r un idad de t i e m p o .

L0 L í q u id o mínimo t e ó r i c o que derram a en l a un idad de t i e m p o .

R Razón de r e f l u j o .

N M o les de v a p o r que pasan a l t r a v é s de l a columna en l a u n i ­

dad de t iem p o .

Las c a n t id a d e s de cada uno de l o s com ponentes en l a m e z c la son :

C an t id ad Componente P e s o m o le c u la r

36 A l c o h o l e t í l i c o 46

2 0 0 0 K g X i l e n o 1 0 6

- 9 1 -

n n m o les de a l c o h o l e t í l i c o= 7 ---F n + n,

a , bn^ m o le s d e X i l e n o

A l f i n a l d e l a o p e r a c i ó n suponemos, y a s í su ced e a l o b s e r ­

v a r l a s m u es tra s de d e s t i l a d o , que e l c o n t e n id o de a l c o h o l e s -

c e r o p o r c i e n t o , c o s a que r e a lm e n te no s u c e d e , p o r l o que c o n s i

dera rem os 1% de a l c o h o l c o n t e n id o en e l p r o d u c to f i n a l d e l a -

r e a c c i ó n .

E n ton ces l a s c a n t id a d e s que tenemos que s e p a r a r s o n :

3646

36 , 89046 106

99

46 _99 + 146 106

1

= 0 .085

y — A f,B 1 99~ = 0.002275

46~ +Tóe~

Las m o les de m e z c la son :

2000 + 36 = 2036 - § 2 — m e z c la .xilT

% X i l e n o = — x 100 = 98 .5

% A l c o h o l = 100 - % X i l e n o = 100 - 9 8 .5 = 1 . 5

P eso m o le c u la r p ro m e d io :

pmp = m r — -T8-.-5' ■ = 10446 -1106

- 9 2 -

1000 9 .60 Kmol104 Hora

A qu í s e c o n s id e r a n 1000 Kg de m e z c la porqu e p a ra d e s t i l a r l o s -

110 Kg de a l c o h o l , p o r o p e r a c i ó n , son n e c e s a r i o s 890 Kg de X i l e

no.

C an t id a d de d e s t i l a d o s e r á :

X X0 .085 - 0 .002275 „ 0 .082725

X ~ - K l 0 .960 - 0 .002275 ' 0 .957725

D = 9 .6 x 0 .0865 = 0 .83 Kmo1

M o l d e m e z c l a s e r á n e n t o n c e s :

Hr

E l r e f l u j o mínimo v i e n e dado p o r l a e x p r e s i ó n :

X - bR . = ------------------ R R e f l u j o mínimo t e ó r i c o .mxn

XQ F r a c c i ó n mol d e l d e s t i l a d o ,

b - y en l a i n t e r s e c c i ó n de l a l í n e a que

une l o s pu n tos .

X y X en l a c u rv a de e q u i l i b r i o .D r

0 .9 6 - 0 .025 0 .935X„ = 0 .960 R . = =— ^ -------D min 0 .025 0 .025

b = 0 .025R . = 3 7 .5 :u id o ± 5 = 55 gmin mol p r o d u c t o .

La c a n t id a d de l í q u i d o v i e n e dada p o r l a e x p r e s i ó n :

R = — j-J- R = 55 .6 j ^ H Í d oD mol p r o d u c to

- 9 3 -

D = 0 .8 3 mol p r o d u c to . Hr

Lo ?

E n ton ces

L „= R x D = 55 .6 x 0 .83 1— - M 3 H ÍÉ 2 x m ol p r o d u c tom ol p r o d u c to Hr

L 0= 4 .61 —— i l í q u i d o .

La c a n t id a d de v a p o r e s :

N = L 0+ D = 4 .6 1 + 0 .83 = 5 .44 v a p o r .

E n ton ces l a v e r d a d e r a r e l a c i ó n de r e f l u j o s e r á :

L ° 4 .6 1 _ 0 .849 ~ o1 l í q u i d o— Ñ “ 5744-------- mo1 v a P ° r

Pa ra c a l c u l a r l a s e c c i ó n de l a t o r r e s e t i e n e l a s i g u i e n t e -----

e c u a c ió n :

22 .4 . 273 + t . 760S = NUN x 3600 273

En l a c u a l .

2S e c c ió n d e l a columna m

N m o les de v a p o r p ro d u c id a s molHr.

UN V e lo c id a d d e l v a p o r 0 .7 m/seg

t t e m p e ra tu ra . ° c .

P P r e s i ó n A b s e lu t a m edia mm Hg.

S u b s t i tu y e n d o tenem os:

5 . 4 422.4 273 + 120 760 mol m3

0 .7 x 3600 ’ 273 ' 760 S eg . mol m1

s e g

- 9 4 -

47889 m _ 2S = " 687960 ~ ° - 0695 1,1

S = 695 Cm

De l a e c u a c ió n :

20 .785 D = S en co n tra rem o s e l d iá m e t ro

f 695 ~~2/ 0 .7 8 5 Cm 885 Cm = 29 .95 Cm.

D = 30 Cm.

D e te rm in a c ió n de l a L ín e a q .

La c o m p o s ic ió n d e l p r o d u c to d e s t i l a d o XQ es 0 .96

La f r a c c i ó n m o la r d e l p r o d u c to de fo n d os X_ e s 0 .002275B

Trazamos ah ora e l d iag ram a de e q u i l i b r i o , o b t e n id o m ed ian te j.a

a c u a c ió n de e q u i l i b r i o p a ra un s i s t e m a b i n a r i o ; c o n s id e r a n d o

0* = 2 .0 y que l o s c a l o r e s de v a p o r i z a c i ó n p o r mol son co n s ta n

t e s en t o d a l a co lum na, a s í como l a p r e s i ó n .

VOCAB

1 + ( OC AB “ 1 ^ XA

E n to n c e s , a p l i c a n d o l a e c u a c ió n pa ra cuando:

XA

0.002275

0.085

0.100 . 2 5

A

0.000453

0.0815

0 .182

0 .40

- 9 5 -

X D

0 .40 0. 57

0 .5 5 0.705

0 .7 0 0.822

0 .9 6 0 .98

1 .0 0 1.00

C a lcu lam os a h o ra l a p e n d ie n t e de l a l í n e a q l a c u a l d ebe p a s a r

p o r X y t i e n e una p e n d ie n t e deF

q - 1= m

q s e r á i g u a l a l a f r a c c i ó n mol d e l l í q u i d o en l a c a r g a , s ie m p re

y cuando l a t e m p e ra tu ra e s t é e n t r e sus t e m p e ra tu r a s de r o c i o y

de b u rb u ja .

q = 0 .085

E n to n c e s :

m = ^-°85____ = 0-085 =0 .085 - 1 -0 .9 1 5 U,y4

Jí. = a re ta n ( - 0 . 9 4 )

p o r l o t a n t o : ■JC = 43° 10 '

D e te rm in a c ió n de l a L ín e a S u p e r i o r de o p e r a c i ó n .

En l a g r á f i c a # 4 podemos o b s e r v a r am p liam en te que l a l í n e a

de o p e r a c i ó n s u p e r i o r qu edará s i t u a d a e n t r e l a l í n e a a r e f l u j o -

mínimo y l a l í n e a £ r e f l u j o t o t a l de a h í que e s t a s e r á l a m ed ia

o m e jo r d i c h o l a b i s e c t r i z d e l án gu lo s u b te n d id o d e s d e XQ h a s ta

l a i n t e r s e c c i ó n en l a cu rv a de e q u i l i b r i o . De e s t a misma p r o c e ­

demos h a c e r e l e s c a lo n a m ie n to , de a cu erd o a l s is t e m a Me Cabe-

- 9 6 -

T h i e l e , p a ra e n c o n t r a r l a s e ta p a s de e q u i l i b r i o l a s c u a l e s r e —

s u l t á n s e r , 9 e t a p a s p o r enc im a de l a a l im e n t a c i ó n y 4 como pue

de v e r s e en l a g r á f i c a número 5 l a que e s t a am p l ia da para a s í -

o b t e n e r con mayor c e r t e z a l a s e t a p a s que e s t á n p o r a b a jo de l a -

a l im e n t a c i ó n ; en resumen obtenem os una columna con 13 e t a p a s .

C á l c u lo de l a A .E . P . T . - S e rá c a l c u la d a de a cu e rd o con l a e cu a ­

c ió n de Hands y W h i t t .

o b t e n id o p o r h o ra y de l a s e c c i ó n p o r l a c u a l f l u y e e l mismo -

e n t o n c e s :

AEPT 70

Ca lcu lam os p r im e ro en fu n c ió n de l a c a n t id a d de d e s t i l a d o

L D x P.MP S

L p 0 .06950 .8 3 x 104 mol Kg x 1

Hr mol 2

LP

1240 Kg

m Hr

1 .70 + 0 .30 = 1 c . p . s2

p o i s e1 c . p . s . = ___1100

0 .01 p o i s e = 0 .01 g Kg 100 cm 3600 s egcm s e g 1000 g m Hr

0 .0 1 x 360

D = 2 . 5 4 cm.P

D = 0 .0254 m P

- 9 7 -

S u b s t i t u y e n d o v a l o r e s e n l a e c u a c i ó n t e n e m o s :

AEPT = 1 .9 m.

En l a g r á f i c a # 4 podemos o b s e r v a r que e l número d e p l a t o s t e ó r i

eo s no es i g u a l a l a s u n id a d es de t r a n s f e r e n c i a . Cuando e s t o —

su cede es c o n v e n i e n t e h a c e r l a s u p o s i c i ó n de que e l número de -

p l a t o s t e ó r i c o s es de 6 + .

E n tonces l a a l t u r a de empacado s e r á :

hg = 6 . x 1 .9 m = 11.40 m.

A l t u r a d e l empaque n e c e s a r i o p a ra l a d i s t r i b u c i ó n

= 0 .60 m.

A l t u r a t o t a l s e r á :

hT = he + hd = (11-40 + 0.60) m = 12.0 m.

Sabemos que e l empaque ocupa un 85% de l a a l t u r a t o t a l de l a —

columna y en c o n s e c u e n c ia l a a l t u r a r e a l de é s t a s e r á e n t o n c e s :

h = 1 .15 h = 1 .15 x 12 r T

h r = 1 3 . 8 0 m.

En c o n s e c u e n c ia l a columna t e n d rá l a s s i g u i e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s

D iá m etro 30 cm.

A l t u r a de 13 .80 m.

l a columna

A l t u r a d e l 12 .0 m.

empaque

2S e c c ió n de 695 cm

E l m a t e r i a l de c o n s t r u c c i ó n s e r á A c e ro i n o x i d a b l e 316 C.

C á lc u lo d e l con den sado r a l f i n a l de l a columna.

H ab iendo d i c h o que l a c a n t id a d d e l d e s t i l a d o a s e p a r a r í e s

de e l p r i n c i p i o h a s ta e l f i n a l de l a o p e r a c ió n ib a a s e r de -----

1000 Kg de m e zc la e n to n c e s e l g a s t o s e r á

W = 1000 - § 2— - 0 .275 - ^ 2Hr ‘ s e g

Kg 3W _ 0 .275 s e g _ l t = 0 .0003275 - 2 ------

q T ~ 0 .84 ~~KqT~ 0. 3275 s e g .L l t

La v e l o c i d a d de s a l i d a de l o s v a p o r e s habíamos d i c h o que e r a —

de 0 .7 ms e g

■3E n to n c e s : m

0 .3275 x 10 - 3 - ¿ £ 2 — = 4 ¿ 7 „ i n ~ 4 n>2

- 99 -

En l a p á g i r a 945 d e l l i b r o " P r o c e s o s d e T r a n s f e r e n c i a de -

c a l o r " d e l a u t o r DOnald Q. K e rn . se v é en l a t a b l a 8 l o s v a l o —

r e s ap rox im ad os de l o s c o e f i c i e n t e s t o t a l e s de t r a n s m is i ó n de -

c a l o r p a ra e l d i s e ñ o de In t e r c a m b ia d o r e s con s i s t e m a s :

F lu id o C a l i e n t e F lu id o F r í o UD T o t a l

S u b s ta n c ia s o r g á n i c a s m ed ias Agua 20 a 60

C o n s id e ra n d o una s u b s t a n c ia o r g á n i c a m ed ia como a q u e l l a que -----

t i e n e una v i s c o s i d a d com prend ida e n t r e 0 .5 a 1 .0 c . p . s . , e l v a ­

l o r que usaremos p a ra n u e s t r o d i s e ñ o s e r á e l máximo o sea -------

60 KCalHr 2°C m

Sabemos qu e :

Q = U A A T m

Hablamos e s t a b l e c i d o a n t e r i o r m e n t e q u e , l a t e m p e ra tu ra a que —

s a l e n l o s v a p o r e s d e l a p a r a t o , e s de 120°C con agua y que e s t o s

e s ta b a n c o n s t i t u i d o s p o r l a m e z c la de E t a n o l - X i l e n o , además que

s e ib a n a e n f r i a r a 7 0 °C con agua que e n t r a a 1 9 °C y s a l e a —

100°C e n to n c e s :

t _ agua

A t l ~ 4 *~2A Tm = ------ ' , t •' — ______ -p- T E ta n o l

L„ & 1 1 X i l e n o 2n t í t -

agua t 1

T1 = 120 °C t x = 19°C

T2 = 70°C t 2 100°C

= T x - t = 120 - 100 = 20°C.

- 100 -

£ t 2 = T2 ~ fcl = 70 ~ 19 = 51 ° C*

a t = ( 120 - 100) - (70 - 1 9 ) 20 - 51 -31t i mm 120 - 100 20

2 .3 l o g (70 - 19) 2 . 3 1 o g - ^ — 2 .3 l o g 0 .3925

A T m ~ 3 1 --------------- = ~ 3 1 --------------- = r 3 1 _ 3 , o r

* 3 X1 .595 2 ,3 x “ 0 - 4°5 -0 .9 3 5 3 C*

La c a n t id a d de c a l o r que hay que q u i t a r e s :

D e l E t a n o l :

Ql = mi cp l <4t = 1 1 - x 1 .1 (120 - 70) = 8470 KCalP 1 - — Hr

D el X i l e n o :

K c á lQ 2 = m 2 c p A t = 990 x ° - 4 8 (120 - 70 ) = 23000

P 2 Hr

La c a n t id a d t o t a l de c a l o r s e r á :

Q,p = Q, + Q0 = (8470 + 23000) - § c - 1 = 31740 5 £ a l ----J- J- ¿ Hr Hr

E n ton ces e l a r e a e s :

q K c a ljs - ± _ 31. 740 Hr „ „ 2

U A t „ 60 x 33 .25 ÍCHIT 1527 mm --------------- x °C

m2 ° c Hr c

E l número de tu bos s e r á :

D ex t = 2 .54 Cm.

Atu b o = ° - 2475 m2/m.

Ltu b o = 1 * 20 m-

15.87 m2n . ~ 0 .2475------ ----- 2— ~ 64 .5 tubos = 65 tu b o s .

- 101 -

C an t id ad de agua n e c e s a r i a :

Qt = mC p A t

Q? = 31740 - g a l

Cp = 0.5

¿ t = (100 - 19) = 81 °C

m = - i* ______ - .31. 740 7825 —52_Cp ¿ t 0.5 x 81 Hr

Tonagua 1 .0 — jm Ton

Hr _ m. 7. 825

— — 1.0 3

3

7.825 Ton ~ 7 ' 825 ~1ÍF

E l a r e a de l a e n v o l v e n t e d e b e s e r i g u a l a l d iá m e t r o de l a co lum

na dado que e l c on d en sado r s e e n c u e n t ra en l a p a r t e s u p e r i o r de

l a misma.

C á l c u lo d e l d iá m e t r o de l a t u b e r í a d e e n t r a d a y s a l i d a d e l agua

de e n f r i a m i e n t o :

Supon iendo una v e l o c i d a d de 1 .5 - 2 — ten em o s •s e g

n,3q = 7.825 m

Hr

v = 1 .5 ms e g

3m

, _ a _ 7 .825 Hr 2v 1 .5 m ~ 3600 seq ~ 0-00145 m

. s e g x Hr

A = 1 4 . 5 C m 2

- 102 -

D2 =0 . 7 8 5

■ P 785

D ^ 0 ^ 8 5 - 3 - 95 Cm- = 1~ T ~ P U l g a '

C á lc u lo d e l D iá m e tro d e s a l i d a d e l D e s t i l a d o .

3Se ha e n c o n t r a d o que e l f l u j o d e l d e s t i l a d o e s 0 .0003275 -----

J s e g

as im ism o sabemos tam b ién que l a v e l o c i d a d con l a c u a l f l u y e e s t e

es de 0 7 m • En s u p u e s to c a s o de no t e n e r agua de e n f r i a s eg

m ie n to ; como r e a lm e n t e s e h ace en l a p r á c t i c a , a l t e r m in a r l a -

o p e r a c i ó n , podemos c o n s i d e r a r que e l f l u j o e s t r e s v e c e s m ayo r-

e n t o n c e s :3 3

q = 3 q . = 3 x 0 .0003275 - 2 ----- = 0 .0009825r i s e g seg

E n to n c e s :

= A3

m0.0009825 s e g . . . . . 2 , . _ 2

A = — ñ-Tri---------- z r— ~ 0 .0014 m = 14 Cm0 . 7 0 ms e g

2A = 0 .7850 D

D =J 0 .78 5 '

D = [ — Li Cm2,' =/ 0 .7 85 1 7 . 8 C m = 4 . 2 5 5 Cm.

D = 2 — p u l g .

- 1 0 3 -

D = 2 —i — P u lg . tu bo c o m e r c ia l D = 2 ——

. . D = 2 ~ ~ p u lg .

C á lc u lo d e l e n f r i a d o r .

La t e m p e ra tu ra a l a c u a l s a l e e l d e s t i l a d o d espu és d e l - -

c on den sador de l a columna es de 70 °C; t e m p e ra tu ra de e n t ra d a

a l o t r o c o n d en sa d o r , y l a tem p e ra tu ra de s a l i d a es de 25 °C.

Conocemos ¿„ 3 5 oT t_ Aqua

q = 0 .0009825 — w ~ 2 7------ -----------s e g -----------70 T. E ta n o l 25 T

___________ X i l e n o

Agua 191.t l

V “ 1-5 T 1 = 70 °C. t 1 = 19 °C.

Calcu lam os , T = 50 °C . t , = 50 °C.m 2 ¿

A = — 3----- = - ° -' ° ° ° 9825— ^ 2 - = 0. 0000655 m2

seg

A = 0 .655 Cm2

P 1655 Cm = 0 .275 Cm = — — p u lg .785

S in embargo un d iá m e t r o de t u b e r í a más c o m e r c i a l e s de 0 .5 Cm =

j p u lg .

D = 0 .5 Cm = 1 p u lg .2

- 1 0 4 -

E l v a l o r de üQ s e r á e l mismo que s e em p leó p a ra e l p r im e r -

c o n d en sa d o r ; p o rq u e s e t r a t a aun d e l a misma m e z c la s ó l o que a-

d i f e r e n t e t e m p e r a tu r a , p o r l o t a n t o p rocedem os a c a l c u l a r l o s -

v a l o r e s c o n c e r n i e n t e s a e s t e a p a r a t o :

=Ln

^ t 2

t 1 = (T 2 - t ]_) = (70 - 50) = 20 °C.

A, t 2 = ( T x - t 2 ) = (25 - 19 ) = 6 °C.

A t = 4 V l ^ 2 _ _ = (70 - 50) - (25 - 19) = 20^ 1

" K ‘ l 2 .3 L . g '2-° .-- ! ? ¡ i »3 (25 - 19) log 6

a t = _________ü __________ = 14___________ - 14 _ „¿i Si 2 .3 log. 3 .33 2. 3 x 0 .57 “ 1 .3 1 “ 1 0 - ' C*

A t = 1 0 .7 °C .1-1 m

La c a n t id a d de c a l o r que hay que q u i t a r s e r á :

D e l E t a n o l :

Q1 = ml Cp l ^ t = 110 x 1 ,1 (7 ° " 25) = 10000 h F

D e l X i l e n o :

K c a l

Q, = m C A t j = 990 x 0 .48 (70 - 25) = 2145 K c a l"2 ~ ‘ “2 v'p 2 u2 " A u- ‘‘ ° " Hr

E l c a l o r t o t a l e s :

K ca lQt = Qi + Q2 = (10,000 + 2143) ----------- =12145 Hr

- 10 5 -

Por l o que e l a r e a s e r á :Q Kc a l .

* - T _ 12145 Hr = 19 m¿

UD / S n 60 X 10,7 K c a l ~

E l número de tubos s e r á :

Hr 2 "Cm

Dext = °-50 Cm-

Atubo = 0-122 m2 2

N = "0 122 2 = 155 tubosm

L = AT__________ = 19 m2___________ - -jo^ D _ . N 3. 14 x 0. 005 x 156 m /•» m - 8 m.II ext

Haremos dos enfriadores en serie; uno de 5 m. con 156 tubos para abatir la temperatura aproximadamente a 45 °C y otro de 3 m. con 156 tubos para enfriar hasta la temperatura ambiente, es dec_r de 45 °C a 25 °C.

CALCULO DEL DOSIFICADOR DE ANILINA.

Para dosificar la Fenil Amina se hará uso de un recipiente que - contenga este reactivo por lo menos tres veces la cantidad co—

rrespondiente a una operación, por tal razón este tanque tendrá las siguientes características

Kilogramos de Anilina por operación 212 Kg.necesitamos tres veces esta cantidad 636 Kg.

anilina = 1.025 -T-°n V = — -j5— = 0 ~-636— ?on = °-620 m3f 1.025 Ton

V = 0.620 m3 A = 0 .785 D2m3

Ya habíamos e s t a b l e c i d o con a n t e r i o r i d a d que e l d iá m e t r o en ‘un­

c ió n d e l vo lum en, t r a t á n d o s e de un c i l i n d r o , queda como s i g u e :

E ntonces s u b s t i t u y e n d o v a l o r e s tenem os :

D

/

4 x 0 .620 m'

3 .142

3

/0.251 in3

0 . 6 3

D = 65 Cm

La a l t u r a e s :

h = I I x D = 3 .14 x 65 cm = 200 cm = 2 .00 m

h = 2 .00 m

Entonces l a s c a r a c t e r í s t i c a s d e e s t e r e c i p i e n t e s e r á n

V = 0 .620 m3

D = 0 .65 m.

h = 2 .00 m.

PROCEDEMOS A CALCULAR AHORA EL CRISTALIZADOR.

Las c a r a c t e r í s t i c a s d e e s t e r e c i p i e n t e s e rá n l a s mismas que pa ­

ra e l a p a r a t o en =1 c u a l s e e f e c t ü a l a r e a c c i ó n es d e c i r :

V = 5.500 m3

h = 4 . 000 m.

D = 1 .25 m.

C a lc u la rem o s ahora l a c a n t id a d de c a l o r que hay que q u i t a r ; t o ­

mando en cu en ta que e l p r o d u c to s e r á e n f r i a d o de 60 h a s t a 5 °C.

e n t o n c e s :

Qt = U A X i l e n o 60 °C A c e t o A c e t a n i l i d a T

2 5 °C

Salm uera , “ e n z o a t o de S od io E t i l e n g l i c o l

- 10 7 -

A t = ‘t2 T = 60 °c. t. =-6°C.*-* m /i *■ 1 -L

n £ t 2 T2 = 5 °C. t 2 = 25 °C.

A t x = T 1 - t 2 = 60 - 25 = 35 °C .

¿ \ t 2 = T2 - t x = 5 - ( - 6 ) = 11

: (60 - 25) - (5 - ( - 6 ) _ 35 - 11 _ 24 24v^T = ____f c n _ o c \ o -> i ____35

2 .3 log (6 ° ~ 25^ 2 - 3 log j ~ ~ 2 .3 log 3 .7 5 2 .3 x 0

¿^T = 18°C.m

n = 60 K c a lD Hr 2 °C

m

Del X i l e n o a b so rberem os , p o r m ed io de una sa lm uera fo rm ada por

B en zoa to de S o d io , E t i l e n g l i c o l y agua ; a t r a v é s de l a p a red -

d e l c r i s t a l i z a d o r . Tenemos 1000 Kg. de X i l e n o en e l c r i s t a l i z a ­

d o r pa ra r e c i b i r e l p r o d u c to que c o n t i e n e 1100 Kg. de X i l e n o —

p o r t a l r a z ó n tenemos 2100 Kg. de X i l e n o e n to n c e s :

Qt = mC A t = 2100 x 0 .48 (60 - 5) = 60 ,500 K c a lT P ' ' Hr

En tonces e l a r e a e s ;

O K c a l o* _ T _ 60500 Hr 56 m

Un x /\T 60 x 18 K £ H _D — m —----

2p o r l o t a n t o A = 56 m

Hr 2 °C m

S í suponemos que f l u y e l a sa lm uera a 2 m p o r segundo en ton

o e s : ^

.2 „ , m 112 mq = V x A = 5 6 m x 2 — - — = seg~s e g y

q = 112 mseg

. 5 7 5

- 10 8 -

La c a n t id a d de sa lm u era que debe c i r c u l a r e s :

°2 m2 Cp2 < ^ t 2

m Q 60500 2 4 4 4 0 — 52.2 Cp A t 0 .8 25 - ( - 6 )

La c a n t id a d de c a l o r c o n t e n id a en e l p r o d u c to se puede s a b e r —

m ed ian te l a e c u a c ió n :

En donde

Qq C a n t id a d de c a l o r c o n t e n id o en e l p r o d u c to { c a l o r c e d i

do ) K c a l

m Masa t o t a l d e l p r o d u c to Kg.

^ t 1 D i f e r e n c i a de t em p e ra tu ra s f i n a l o i n i c i a l °C.

E l c a l o r a b s o r b id o p o r e l f l u i d o , que pasa p o r l a c h a q u e ta ,

s e r á i d é n t i c o con e l c a l o r c o n t e n id o en e l p r o d u c t o ; que s e r á -

t r a n s m i t i d o a t r a v é s d e l a pa red en d i r e c c i o n e s en á n g u lo r e c t o

con su e j e l o n g i t u d i n a l y e s t a r á e x p re s a d o p o r :

Qa C a n t id a d de c a l o r que s e r á r e c o g id a p o r e l f l u i d o en—

f r i a n t e ( c a l o r a b s o r b id o ) - K ca l—Hr

ü C o e f i c i e n t e g l o b a l de t r a n s m is ió n d s nain-r 5£ü i___

Qc = m CP A t i

C C a lo r e s p e c í f i c o d e l p ro d u c to .P Kg

qa = u A A t 2

En l a c u a l

- 10 9 -

f l u i d o e n f r i a n t e °C.

E n to n ces l a c o r r e l a c i ó n e x i s t e e n t r e ambas e x p r e s i o n e s y e s t a e s :

Qc = qa

m C A t x = U A ¿ \t2

C o n s id e ra n d o que l o s v a l o r e s p a ra A ^ y A t 2 son aproxim adamen­

t e l o s mismos p orqu e l a t e m p e ra tu ra i n i c i a l c o r r e s p o n d e r á a l a -

t e m p e ra tu ra f i n a l d e l f l u i d o e n f r i a n t e y l a t e m p e ra tu ra i n i c i a l

d e l f l u i d o e n f r i a n t s ' s e r á l a f i n a l d e e l p r o d u c to .

P o r l o q u e : m C = U AP

En l a s u p o s i c i ó n de que una c a n t id a d de c a l o r m ed ida Q' ( k c a l )

ha s i d o t r a s m i t i d a p o r una p a red de tamaño d e s c o n o c id o en un -----

i n t e r v a l o de t ie m p o 0 (Hr) con una d i f e r e n c i a de tem p e ra tu ra de

m ed ida t ( ° C ) ; e n t o n c e s :

O = Q1 = O Aa e

de a q u í es n o t o r i o o b s e r v a r q u e :

m Cp = U A A t = Qc =

y co n t in u a n d o s e t i e n e

m C p ^ t

Q'

U A A t Q'e

En e s t e c a s o e l c a l o r de U l o haremos i g u a l a 20 p o rqu eHr m °C

d u ra n te e l e n f r i a m i e n t o r e s u l t a n i n c r u s t a c i o n e s , que d ism in u yen

l a t r a s m is i ó n d e l c a l o r e n t o n c e s :K c a l

2525 Kg x 0 .8 Kg °C = Q

on K c a l 220 ------- =------ x 56 mHr m °C

- 110 -

2020 11120 1

Hr

1 .8 Hr = e

8 = 1 .8 x 60 m m. = 108 min.

. . 8 = 1 Hr 48 min.

Bomba de R e c i r c u la c i ó n de P r o d u c to .

E s ta bomba a l im e n t a r á 2525 Kg en un l a p s o de 4 H o ra s , l o cu a l —

se ha rá en form a i n t e r m i t e n t e ; p o rqu e e l s i s t e m a en e l que c r i s ­

t a l i z a e l AEA es en form a de p la c a s y p o r e s t e m o t i v o t e n d rá que

d a r s e un t ie m p o de e x t r a c c i ó n p a ra e l l i c o r y o t r o más para e l -

la v a d o , a s i como e l t iem p o pa ra s a c a r después d e l l a v a d o . La can

t id a d de p r o d u c to que mueve l a bomba e s de 20 ■ — y l a v e l o ­

c id a d a l a c u a l f l u y e e l p ro d u c to s e r á :

q = V x A

W = V x

S u b s t i tu y e n d o v a l o r e s tenem os :

V =0 .785 x 5 . 1 2 Cm2 x 1 .2 -2=-

Cm

c u a c ió n de B e r n o u l l i que e x p r e s a :2

+ F

2n l a q u e :

p l V1 ' p2 v 2 w - ?

v,22g

E n t o n c e s :

W = X„ - X, + 1------- + F

V 2 2

2 " 1 " 2g

Podemos c a . c u l a r :

X j - X^ = 4 .0 m - 0 . 0 m = 4 . 0 m

X = 4. 0 i m

V 2 755 — 2_2____ _ s e g

2g 2 x 980 - 0 ^s e g

2V2 0 .00385 m

= 0 .3 8 5 Cm.

2g

1 .3 — 9 __ ) V f 5 .1 Cm x 7. 55 Cm x Cme 0.03

Cm x s e g

R = 167,000 a d im e n s x o n a l . e '

de t a b l a s p a ra tu bo l i s o tenemos e l v a l o r de f .

f = 0 .004

De l a e c u a c ió n de F ann ing c a lcu la m o s F.

F = 2 f L V2g D

a n te s de a p l i c a r l a c a lcu la m o s L T

Long . T o t a l = Long . t u b e r í a + Long . e q u i v .

- 112 -

A c c id e n t e Long . eq . # p i e z a s Lon g . t o t a l .

Codo 90° 3 . 0 m 4 12.0 m

V á lv u la de

Compuerta 0 .3 5 m 4 1 .40 m

E l v a l o r de F e s : 2 x 0 .004 x 28 x 40 Cm x 7552 --- —— Seg2

981 x 5 .1 CmSeg

. . F = 2 6 . 0 m

S u b s t i tu y e n d o en l a e c u a c ió n t en em o s :

V22W = X + ------- + F = 4 .0 m + 0 .00385 m + 26 m2g

W = 30.0 m.

La p o t e n c ia e s :

P o t = W x ser = 30 m x 20 - ^ 2 — = 600 m ^ —Seg Seg

1 HP = 76.04 m - ^ 2 _

13.40 m 2

Seg

52.

P o t . t e ó r i c a = — m_ ^e 9------ = 7 . 9 hp.

P o t . r e a l =

76.04 m j ^ 2 Seg

H. P.

P o t . t e ó r i c a _ 7.90 H .P . = 11.35 HrE f i c i e n c i a 0 .70

. . P o t . r e a l = 11 .35 HP 10 HP Un m otor c o m e r c i a l

Se em p lea rá una bomba c e n t r i f u g a de im p u ls o r s e m ia b i e r t o de

a c e r o i n o x id a b l e im pu lsada p o r un m o to r de 10 H .P . a p ru eba d e -

e x p l o s i ó n .

- 11 3 -

P a ra l a d e s t i l a c i ó n d e l X i l e n o s u c io d e l s is t e m a s e h a rá en un -

r e c i p i e n t e de a c e r o i n o x i d a b l e p o rq u e e l e s t e r r e s i d u a l e s t a su ­

mamente c o r r o s i v o s o b r e e l f i e r r o . Se em pezará a r e c u p e r a r a l —

d i s o l v e n t e cuando se t en g a n p o r l o menos 3000 l t . d e a h í que l a s

d im e n s io n e s p a ra e l r e c i l i e n t e s e rá n 15% más p a ra t e n e r e l s u f i ­

c i e n t e e s p a c i o pa ra l o s v a p o r e s .

VT = 1 .15 Vx = 1 .15 x 3000 = 3450 l t .

4

H ac ien d o l a s c o r r e l a c i o n e s que ya hab iam os s u p u es to con a n t e r i o

r i d a d y a p l i c á n d o la s p a ra d e t e r m in a r l a a l t u r a y e l d iá m e t r o -----

t e n e m o s :

D = 1 .15 m.

h = Í I x D = 3 .14 x 1 .10 = 3 .45 m = 3 .50 m.

En e l s i s t e m a X i l e n o - A g u a ; son tan pequeñas l a s c a n t i d a d e s de —

l o s demás com ponentes que no s e toman en c u e n ta , t i e n e n una p r e ­

s i ó n de v a p o r t o t a l de 760 mm a 90 °C , y l a p r e s i ó n de v a p o r d e l

agua a e s t a t e m p e ra tu ra es de 707 mm. e n to n c e s :

Según l a e c u a c ió n de D a l to n

P + d = P X B en cual

Pv p r e s i ó n p a r c i a l d e l X i l e n o .A

- 1 14 -

P „ O p r e s i ó n p a r c i a l d e l Agua.2

PB p r e s i ó n b a r o m é t r i c a ( P r e s i ó n t o t a l )

p o r l o q u e :

PX = PB ' % 20

Según l a e c u a c ió n g e n e r a l d e l e s t a d o g a s e o s o tenemos pa ra e l —

X i l e n o :

PX V = nX R T ----------------------------------1

p a ra e l Agua

PH20 V = n Q R T ---------------------2

d i v i d i e n d o l a e c . 2 e n t r e l a e c . 1

pH2° 2 ° 3Px - nx

E l número de m o les pa ra cada p ro d u c to e s :

VnW= P

n „ = WX

S u b s t i tu y e n d o en 3

VP H20 p ^h 2o

— = --------- d e sp e ja n d o e l v a l o r de W„ nPX X_________ H2 °

P Mx

Ph 2° wx p m~p ' P ------ H2° H2° S u b s t i tu y e n d o e l v a l o r

de p x n o s q u e d a :

- 1 1 5 -

P H o 0 W.

P MH„0 WH O( V P h20) 2 2

Con e s t a e c . 4 y a podemos c a l c u l a r l a c a n t id a d t o t a l de v a p o r —

r e q u e r id a p a ra a r r a s t r a r l o s 3000 l t . d e X i l e n o s u c i o s u b s t i t u ­

yen do v a l o r e s tenemos

= V x d = 3000 l t x 0 .862 = 2586 Kg.

Z01_mm x _ 2586 Kg x 18 _K<1 = W

(760 - 707) mm 108 mo1 2mol

707 x 431 Kg = W,53 y ~ "H 20

WH2 0 = 5 385 Kg de v a p o r de agua .

Las t a p a s , s u p e r i o r e i n f e r i o r , d e l r e c i p i e n t e s e rá n p l a n a s .L a -

s a l i d a de l o s v a p o r e s e s t a r á u b ic a d a en l a p a r t e c e n t r a l y t e n —

d rá una s e c c i ó n d e te rm in a d a p o r l a e c u a c ió n usada p a ra d e t e r m i—

nar l a s e c c i ó n de l a columna d e l r e a c t o r .

_ „ 22 .4 273 + t X + H2 °“ U.T x 3600 273 “N P

La c a n t id a d de va p o r a l i n i c i o d e l a r r a s t r e s e r á n u la , p o rqu e e l

v a p o r de agua com enzará p o r c on d en sa r d e b id o a que e l X i l e n o e s t a

rá f r í o , y a m ed ida que t r a n s c u r r e e l t iem p o habrá v a p o r e s que -

aun no t i e n e n fu e r z a p a ra abandonar e l s i s t e m a que l o s t i e n e con

f i n a d o s ; e n to n ce s se c o n s id e r a que cuando s e ha e s t a b l e c i d o e l -

a r r a s t r e fo r m a l se t i e n e una c o m p o s ic ió n i g u a l a :

- 1 1 6 -

673 —-2 ----- de v a p o r de agua.Jrir

2586 Kg de X x le n o .

673 + 2586 = 3259 Kg m e z c la .

E l p o r c i e n t o c o n t e n id o en l a m e z c la e s :

¿Z 7 o% Agua = - 3 2 59 X 100 = 20 .9

% X i l e n o = 100 - % Agua - 100 - 20 .9 = 70 .1

El- p e s o m o le c u la r p rom ed io s e r á :

P „ = 100___________ = 57 .5* p 20 .9 , 70.1

18 106

Las m o les de m e z c la son :

E n l a a l i m e n t a c i ó n h a y :

3259 _ , , molF = — f h- ' í:— ~ 5.6657.5 Hr

La c o m p o s ic ió n en e l s i s t e m a s e d e t e rm in a c o n s id e r a n d o que a l -

f i n a l d e l a r r a s t r e s o l o e x i s t i r á e l 1% de X i l e n o en e l r e s i d u o y

que s e ha r e c u p e ra d o e l 99% se t i e n e :

2586X „ _ 106 = 24 .39 24.39 = 0 .393* 2586 , 673 24 .39 + 37 .38 ~ 61.77

106 18

99v _ 106 _ 0 .93 0 .0993

D 99 _ 1 _ 0 .93 + 0 .055106 18

X° ' - - S I S + 55 - 0-0001785

106 T T

- 1 1 7 -

X - XD = F F D _ . 0 .393 - 0 .0993 mol

XD - XB * DD 0 .0993 - 0 .0001785 Hr

c /tít 0 .2937 mo 1 _ ^ ^ -i molD “ 5-66 n" ño o ¿oí ^ -------16-7

L a c a n t i d a d d e d e s t i l a d o s e r á :

0 .099481 Hr ' ~ iE

Se hace l a c o n s i d e r a c i ó n de que l a c a n t id a d de l i q u i d o d e s t i l a d o

c o r r e s p o n d e a l a c a n t id a d de v a p o r fo rm ado es d e c i r que D = N. -

A s í s e a p l i c a e s t e v a l o r en l a e c u a c ió n y a a n te s e n u n c ia d a .3P n in

c _ nn n mol ■ “ mol 273 + 98 °K PX + PH„0- 2 0 ‘ 2 Hr 0 .7 3600 sec¡_ — 273 — ' ______________ mm

s e g " Hr p t mm

PB PX + p H2 0 = 760 mm = P T = 760 mm.

s _ 16 7 22. 4 x 371________ mol m3 1 = 0 .191 m22820 x 273 Hr mol m x seg

s e g Hr

S = 1910 Cm2

2De l a e c u a c ió n 0 .7 85 D = S. Se p r o c e d e a c a l c u l a r e l d iá m e t r o :

^ _ / S _ 1910 Cm2 „ L „/ 0 . 785 / 0. 785 9 ,5 Cln ~ 50 Cm-

. . D = 50 Cm.

En e l e s t u d i o que s e h i z o p a ra l a columna d e l r e a c t o r ha hecho -

v e r que cuando no s e d is p o n e n de d a to s p a ra e n c o n t r a r l a a l t u r a

e q u i v a l e n t e de p l a t o t e ó r i c o se haga uso d e l d iá m e t r o de l a c o —

lumna c o n s id e r a n d o como t a l l a AEPT; as im ism o se d i j o que cuando

no c o r r e s p o n d e n l a s u n id a d es de t r a n s f e r e n c i a a l o s p l a t o s t e ó r i

eos s e haga uso de 6 (+ ) e ta p a s que c o r r e s p o n d e n a l a s u n id a d e s -

de t r a n s f e r e n c i a , a s í que l a a l t u r a de empaque s e r á :

- 1 1 8 -

b = 0 .5 0 m x 6 = 3 .0 me

l a a l t u r a de l a columna s e r á 15% más que e l empaque, e n to n c e s :

he = h x 1 .15 = 3 .0 x 1 .15 = 3 .4 5 m. e

s e dan 50 Cm. p a ra l a d i s t r i b u c i ó n d e l f l u i d o , p o r l o que l a —

a l t u r a r e a l de l a columna e s :

h = h + h , = 3 .45 m + 0 .5 0 m = 3 .95 m = 4 .0 mr e d

. ' . h = 4 .0 n .r

Las c a r a c t e r í s t i c a s de e s t a co lumna so n :

D iá m e tro de l a columna 0 .50 m

A l t u r a d e l a columna 4 .0 m

A l t u r a d e l empaque 3 .5 m

Se c o n s t r u i r á d e a c e r o i n o x i d a b l e 316 C

C á lc u lo d e l D iá m e tro de l a s a l i d a d e l d e s t i l a d o de l a columna.

La c a n t id a d de m ezc la a l f i n a l de l a o p e r a c i ó n s e r á :

W = 7 9 7 ! -SSL- - - g ™ - ! f _ - 2 .2 1 _ | ^ = 0 _0Q22 Ton

0.002210 Ton m3seg

W s e g _ 0 .00221 m _ 0 .002375

q = p " ! + 0. 862 ^ “ ° ’ 931 S e? 92 m

3q = 0 .002375 ms e g

3m

' _ q _ 0 .0023 '75 s e g _ 0 .02375 m = 0 .0034 m

V 0 .70 _m_ 7s e g

A = 34 C m 2

- 1 1 9 -

34 Cm 0. 785

43.25 Cm2 = 6 .5 Cm = 2

D = 2 p u lg .

— pul g .

- 120 -

C A L C U L O D E L C O N D E N S A D O R .

La te m p e ra tu ra de s a l i d a de l o s v a p o r e s de l a columna es -

de 9 8 °C y s e e n f r i a r á n h a s ta 25 °C pa ra c a e r a l r e c i p i e n t e ; p a —

ra e l v a l o r d e l c o e f i c i e n t e g l o b a l de t r a n s m is i ó n de c a l o r s e -

t i e n e en l a t a b l a número 8 de l a p á g in a 9 45 d e l l i b r o P r o c e s o s -

de T r a n s f e r e n c i a de C a lo r d e l a u t o r DONALD Q. KERN que en s i s e e -

mas c o n :

F lu id o C a l i e n t e F lu id o F r i ó UQ T o t a l

S o lu c io n e s a cuosas Agua 250 á 500

Aun cuando no son m i s c i b l e s s e c o n s id e r a como una s o lu c i ó n a cu o ­

sa l a m exc la X i l e n o -A g u a .

j s o j e Agua

q = 0.002375 segT1 98 °C

UD = 500 K c a l

Hr m2T, =

Agua

98 °C

X i l e n oAgua T2 25 °C

V = 1 .5

Se c a l c u l a :

s e gT = 25

2

fcl =

*2 =

19 °C

19 °C

50 °C

p i

A = V0.002375

1 .5

15 .85 Cm

s e g = 0 .001585 mm

s e g

D =115.85 Cm _ I 20 .2 Cm’ ' 0 .785

4 . 5Cm.

D = 1 .8 p u lg . un tu b o más c o m e r c i a l -

pa ra c a m b ia d o re s de c a l o r

e s : 1 — p u l g .

D = 1 pulg.

- 1 2 1 -

se calcula la difeiencía media logarítmica de las temperaturas:A t i - A t

“ m 2 ^ 1 A tj. = T2 " tx = 98 - 50 = 48 °C.2.3 log

á t 2 = T 1 ~ t 2 = 2 5 ~ 1 9 = 6 °C ’

4 8 - 6 _ 42 42 _ 20 °C.2.3 1»,g - H " 2.~3 x 0.91

b

La cantidad de calor que hay que quitar será.Del Agua:

Q. = m. C A t . = 5385 x 1.1 (98 - 25 ) = 400 000 K„cal J. J. p ^ x h it

Del Xileno:K calQ_ = m_ C ^ t - = 2586 x 0.48 (98 - 25) = 90 500

P 2 2 H r

El calor total es:

QT = Q 1 + Q 2 = (400 000 + 90 500) KHgal = 49 500 KH gal

por lo que el area as:n ü cal___ 2

490 500 Hr = 49 mA = UD 500 x 20 K c a l ---- x 0(,ür a Q ~ m o

El número de tubos será:

Dext = 4'5 Cm‘2A. , = 0. 365 mtubo 2

N = 2 ~ 134.5 tubos = 135 tubos.0 .365 m*T 49 m2 _ 2.575 mXj — ~ — — ^ — —

' T í D , x N 3.14 x 0.045 m x 135ext

- 122 -

a medida que transcurre el tiempo habrá incrustaciones que afec­tarán, indudablemente, a la transmisión de calor por lo que para una mayor seguridad se hace uso del coeficiente global de calor mínimo o sea:

U = 250 — — cal- ; y se nota que afecta al area total — Hr m °C

siendo entonces el doble del area encontrada y asimismo el doble de la longitud, por lo que se procede hacer un arreglo tal de —

dos cambiadores de calor en serie con las siguientes caracterís­ticas :

2Area 49 m por cambiador.N 135 tubos por cambiador.L 2.5 m de largo por cambiador.

Se construirán de admiralty, los tubos; los espejos serán de acero inoxidable y la coraza de fierro.

TANQUE RECEPTOR DE DESTILADO.

Este recipiente hará la función doble; cuando se esté ope—

rando el reactor de reacción se usan para captar el destilado de la columna de esta sección; cuando se esté trabajando la recupe­ración de disolvente se usará para captar el destilado del arras tre, nunca debe caer el Xileno limpio ó recuperado sobre el des­tilado de la reacción.

En este recipiente se requiere que una parte del mismo, la inferior, sea cónica para lograr así la decantación del agua de lavado y del arrastre en otras ocasiones.

- 1 2 3 -

Al final de la operación del arrastre se tiene una pérdida del 1% de Xileno así que:

2586 Kg Xileno x 0.99 = 2560.14 Kg Xileno La cantidad de vapor de agua, ya en el destilado como agua es —

igual a:5385 Kg Agua.

El volumen que ocupará la mezcla será:

v _ 2586 Kg Xileno 5385 Kg Agua0.862 Ka + i nnn 52 = 2975 lt Xilenolt 1 *uuu lt +

53 85 lt Agua V » 8360 lt. de Xileno + Agua.

Se necesitaría un recipiente muv arande para contener este vo Lu­men, mas sinembargo se procede a decantar agua, en el transcursodel arrastre, para en esta forma obtener un volumen menor de ---mezcla al final de la operación.

Hecha la consideración anterior se está ya en la posibilidad de tener el volumen que contendrá el recipiente, entonces se ha­ce lo siguiente:

lo. La parte superior del recipiente será plana.2o. El cuerpo será cilindrico.3o. La parte inferior cónica.

El volumen contenido en el cuerpo cilindrico serán 5000 lt. dejando para la parte cónica 500 lt., los cuales son suficientes para decantar bien y rápido el agua resultante del arrastre: en­tonces las dimensiones de este tanque serán:

- 1 24 -

¡2. 025 m 3< = 1.265 m

D = 1.30 m.h = II x D = 3.14 x 1.30 m = 4.10 mh = 4.10 m.

Para la parte inferior, cónica, se tiene:= 1 2 V II r h

Es evidente que el diámetro de la base cónica corresponde con el diámetro del cilindro entonces solo falta determinar la altura - de esta sección y así tenemos:

u _ 3 V _ 3 x 0 . 5 m 3 1.5 m- — 2— ~ S- = ~ T~ T T ~ ~ 1 - 22 mII r 3.14 x 0.65 1 '34

. . h = 1.10 m.

Las características de este recipiente serán:

Volumen total 5500 lt.Diámetro 1.30Altura Total 5.20 m

Se construirá de acero al carbón.

- 125 -

Para la separación de sólidos de líquidos existen diversas- maneras, mediante las cuales es posible lograr el fenómeno físi­co deseado; siendo de interés el efecto que se produce al abando nar el líquido (licor madre) el sistema, quedando retenido en la malla o medio filtrante el sólido (cristales en el sistema de —

placas) que en este caso constituye el producto de valor comer—

cial. Como puede observarse el problema de la centrifugación se- reduce tan sólo a conocer el valor de la fuerza con la cual el - líquido abandona el sistema sólido líquido, siendo posible deter minar la velocidad a la que el líquido sale del medio que lo contenía según la expresión:

F _ W V 2 F _ _ _ _

Ecuación en la que:W es el peso en Kg.R e el radio en m.V la velocidad linealg la aceleración debido a la gravedad 9.81 -2— .

SegLa velocidad lineal en este caso debe estar en función de la ve­locidad angular entonces queda como sigue:

' o ^ '- 2 ? 2V = 2 II R N y V = 4 II R N/A. 2 2 2W 4 II R N

C E N T R I F U G A C I O N .

Como N está dada en revoluciones por minuto entonces para homoge neizsr- l=><? unidades la expresión quedará como sigue:

- 1 26 -

v _ W 4 II2 R N2 _ 0.000341 W R N 23600 g.

En cuanto se vió el cálculo de la bomba de recirculación de pro­ducto se hizo mención de que se enviarían a la centrifuga 20 Kg por ciclo o carga; como es obvio para poder separar el líquido - del sólido la centrífuga necesita girar a una determinada veloci dad; la cual por lo general en la mayor parte de operaciones de centrifugación se hace girar a 1200 rpm; en este caso el radio- de giro de la centrífuga es de 0.60 m. por lo tanto ya es posi—

ble calcular la fuerza:F = 0.000341 x 20 Kg x 0.60 x 12002

F = 877.3 Kg.

Esto índica que debe construirse una malla resistente a esta ---fuerza aplicada en la superficie de la misma; para tener un buen efecto se usará un tambor que estará construido de acero inox. - 316 C con perforaciones de 0.317 Cm de diámetro, descansando so­bre este una malla de alambre de acero inoxidable de 40 mallas y al final en contacto con el producto un medio filtrante que bien puede ser una tela de material sintético o de seda.

EQUIPO COMPLEMENTARIO DE LA CENTRIFUGA.El ciclo de la centrifugación está dado por la siguiente secuen cia:

Fase. ________________ Tiempo.

Carga 1 5 Seg. 1 Seg = Io circularExtracción Licor 144 Seg.Lavado I 3 Seg.

- 1 2 7 -

E x t r a c c i ó n L a v a d o I 15 SegLavado II 3 Seg.Extracción Lavado II 167 Seg.

Descarga 3 Seg.Se hace la relación de duración del ciclo de la equivalencia de­grados circulares por estar controlado este por un árbol de le—

vas, el que transcurrido el tiempo indicado deja circular aceite del sistema hidráulico debido a la acción de la leva correspon—diente del árbol sobre la válvula según la fase del ciclo que —

/este en turno.

En conclusión aquí se puede ver que se empleará un motor —

con reductor y este debe girar a razón de 0.166 rpm. para comple tar el ciclo. El sistema hidráulico será una bomba capaz de pro­ducir una presión de 15 -■K^? para así poder accionar todas las

Cmválvulas y llevar a cabo el ciclo.

La centrífuga estará movida por un motor de 20 HP y con 3600 revoluciones accionado por un variador de velocidad desde 0 hasta1200 revoluciones ó más sí es necesario.

El tanque receptor de licores tendrá una capacidad de 2000 -lt. Cantidad suficiente para captar todos los licores.

La función de este aparato como su nombre lo indica será la de —

extraer todo el disolvente que contenga el producto después de la centrifugación considerando que aun contiene un 10 porciento del- producto total.

SECADOR

- 12 8 -

Será un recipiente cilindrico de acero inox. 316 C. Con ca­pacidad por lo menos para tres operaciones de una sola vez es de cir deberá contener 1278 Kg; la flecha será rotatoria con aspas de acero inoxidable, movida por un motor reductor que gire a ra­zón de 25 rpm. en ambos sentidos:El volumen del secador será:

MV = — g— Se considera la densidad de laAceto Acetanilida = 0.75

m

22 78 Ton , n 3V = 0,75“ ~ 1,7 m

3m

Este aparato nunca debe trabajar a mas de 85% de su capacidad.„ 1.7 m 3 = 2.125 m 3

0.85

D = 3/¡ v ” * = 3 / 4 x 2.125 m3 = 3 / 8.500 m3 = 3 / o . 855 m ^ n

= J 9.86 " J 9.86D = 0.50 m más un 20% por seguridad.D = 0.50 m x 1.20 = 0.60 m.

. . D = 0.60 mh = Í T x D = 3.14 x 0.60 m = 1.884 m = 1.90 m.

. . h = 1.90 mPara extraer los vapores de Xileno, ya que el aparato será calen tado por agua caliente por la chaqueta; es necesario tener una - bomba que produzca un vacio de por lo menos 700 que corres

ponden a 0.675 atm. = 512 mm de Hg.C m 2

44 i

- 12 9 -

La temperatura de ebullición del Xileno a 760 mm Hg es de 129.5 °C. entonces la temperatura del Xileno a 512 mm Hg será determinada - según la ecuación de los gases perfectos.

p V = n R T

La cantidad de Xileno que se ha de extraer es el 10% del produc­to entonces se tiene:

Mj. = 426 Kg x 0.1 = 42.6 Kg.

V = 4 2 * — Kg = 49 5 l tVX 0. 867 Kglt

Substituyendo valores en la ecuación de los gases perfectos se - tiene que:

0.675 atm x 49.5 lt mol = T.0.0821 x 127.8 Kg

T = 340 °K.T = 340 - 273 = 67 °C.

Cantidad de calor que debe ceder el agua caliente para calentar a 67 °C el interior del aparato.

Q = m C A t = 426 x 0.428 x 67 = 12,250 -K calP Hr

Que es el calor absorvido por el Xileno contenido en el aparato y por ende es el calor que se debe eliminar en el condensador —

para enviarlo después al recipiente al cual se le aplica el va­cío para así captar el Xileno líquido.

Conocida la cantidad de calor se procede a calcular el area de enfriamiento del condensador de acuerdo con la expresión si—

guiente:

- 1 3 0 -

A = --- -----o x A t m

el valor de U lo haremos igual a 20 -------- — porque una vezHr m °C

seco el producto tendrá a subir por los tubos debido al vacío —

ejercido a través del condensador. Este valor se toma del libro Procesos de Transferencia de Calor del Autor Donald Q. Kern de - la tabla 8 de la página 945. Se calcula previamente la temperatu ra inedia logarítmica para el sistema Xileno - Agua.

■ * t _ ^ 1 A t 2 t_A " ' T I l o g ^ í l . 2 ^Ü t 2 T1--------**■ 50 Xileno 23 T2

35

fcl agua 19 °C

t 1 = Tx - t2 = 50 - 35 = 15 °C

A t 2 = T2 " fci = 23 " 19 = 4 °C1 5 - 4

A t = -------------- = = 8.6 °C.m , c2.3 log 1- 32

K cal12,250 Hr _ _ 2

20 x 8.6 Kcal Hr m 2

68.5 m

Si se considera que la velocidad de salida de los vapores de —m 30-7 Seg Y con ^ flu3° de 0.00001375 ; el area de cada

tubo del condensador será:3m

A = -3- = 13.75 x 10~6 Seg7 x 10-1 mSeg

A = 1 . 9 9 x 1 0 - 5 m 2

- 131 -

A = 0.199 Cm area de un tubo.

_ 0.199 2 _ 0.254 = 0.502 Cm.0.785 ^

P = — — pulg. Un tubo de diámetro más comercial para cam­biadores de calor es de 1/2 pulg.

. . D = 1.27 Cm = 2 pulg.número de tubos

D , = 0.50 Cm extA, , = 0.122 m 2tubo

2i. 68.5 mN = .........— — - 560 tubos.0.122 m 2. tuboVT 2L - - 68.5 m_________ 68.5 m = 7.80 m.

11 DextN 3.14 x 0.0127 m x 560 22.4

Este condensador tendrá las siguientes características:

Dtubos = °-50

Atubo = °-122 ra2 N = 560 tubos

L = 7.80 m Longitud.

Se construirá de admiralty los tubos espejos de acero inoxidable y coraza de inox.

Se construirá un tanque receptor con capacidad de 2000 lt. Suficiente para secar 40 operaciones; este receptor debe ser —

construido también de acero inox. 316 C.

2

- 1 3 2 -

C o n s i d e r a c i o n e s E c o n ó m i c a s .

En esta parte se determina todo lo referente a Inversiones tanto en lo técnico corno en lo administrativo y así; para conocer el — costo de adquisición del equipo de proceso es necesario hacer —

una evaluación de cada una de las partes del mismo así se tiene:

Parte del equipo requerido Costo Unitario Costo total

Tanque de almacena­miento de Scido sul_ fúrico 82%. Acero = al carbón.__________tanque de almacena­miento de Xileno.Con accesorios ----acero al carbón.

25 000

42 000

25 000

42 000

tanque de almacena­miento de sosa caús tica 40% acero al - carbón. 37 000 37 000

Reactor de Acero inoxidable 316 C con agitador._______

Columna de acero ino xidable 316 C con - empaque de porcelana.

150 000

50 000

150 000

50 000

Cristalizador con — agitador de 1. Acero inoxidable 316 C.

150 000 150 000

Condensadores. 20 000 20 0 0 0

tanque dosificador- de Ester (de alumi­nio.

1 5 0 0 0 5 0 0 0

tanque dosificador de anilina, de acero inoxidable ----316 C.

Rotámetro.

tanque para recupe ración de Xileno -sucio de acero ---inox.316 C.Columna de acero - inoxidable 316 C sin empaque.______

Bombas para Xileno.

Bomba para ácido - sulfúrico de 82%

tanque decantador de Xileno-Agua. — Acero al carbón.

Centrífuga. Auto­mática e intermi­tente.

tanque receptor de licores, acero — inox. 316 C.

Secador con flecha rotatoria, de ace- ro inox. 316 C.

tanque receptor de Xileno, acero inox. 316 C.

Bomba de vacio.

1 0 0 0 2 000

40 000 40 000

8 0 0 0 8 000

3 000 12 000

2 500 2 500

48 000 48 000

300 000 300 000

24 000 24 000

100 000 100 000

24 000 24 000

50 000 50 000

1 3 3 -

8 0 0 0 8 00 0

d e l E q u i p o $ 1, 2 0 7 , 0 0 0

1

2

1

1

4

1

1

1

1

1

1

1

Costo

- 1 3 4 -

El costo de instalación se considera es de un 25% del costo del equipo:

Costo de Instalación = 0.25 C. Eq = 0.25 x 1,207,000Costo de Instalación = $ 301,750

El costo del equipo ya instalado será:Costo del Equipo + Costo de instalación = 1,207,000 + 301,750 Costo Eq. Inst. = $ 1,528,750

Se considera que el costo de la tubería es de 10% del costo Eq. Inst.

Costo tubería = 0.10 Costo Eq. Inst.Costo tubería = 0.10 x 1,528,750 = $ 152,875.00Costo tubería = $ 152,875.00

En este tipo de plantas se necesitan diversos instrumentos para llevar a buen curso la reacción y se considera:

Costo Instrumentación = 0.075 Costo Eq. Inst. = 0.075 x 1,528,750.

Costo Instrumentación = $ 114,656.00

Para determinar el costo del aislamiento se considera que la —

tercera parte del equipo deberá estar aislada y así se supone —

para el mismo un 8% del costo del equipo.

Costo aislamiento 0.08 C EQ -i- 0.08 x 1,207,000

Costo aislamiento = $ 35,520.00

Sobre las instalaciones eléctricas se supone que es de 10% del - Costo del Equipo:

- 135 -

Costo Inst. Elect. = 0.10 C. Eq. = 0.1 x 1,207,000 Costo Inst. Elect. = 120,700.00

2La planta será edificada en un area de 10 000 m considerando —2que tan solo habrá 500 m de construcción con un costo de ------

2 2 $ 400/m y que el terreno se compra a $ 40/m entonces:2 2Costo terreno = 10 000 m x $ 40/m = $ 400,000.00

Costo Edificios = 500 m x $ 400/m2 = $ 200,000.00En este punto se considera que el arreqlo del terreno será un —

2.5% del costo total del equipo.Costo Arreglo terreno = 0.025 x 1,207,000 = $ 30,175.00

Costo Arreglo terreno = $ 30,175.00Los servicios que serán suministrados a la planta agua, vapor, - aire, etc., se consideran como de un 30% del costo del equipo:

Costo Servicios = 0.30 x 1,207,000 Costo Servicios = $ 362,100.00

El costo Físico será de:$ 3,246,576.00

Por Ingeniería, Construcción e impuestos se considera un 40% del costo Físico:

Ingeniería, Impuestos, Construcción = 0.40 x 3,246,576 =

1,298,550.Costo Directo = 4,545,306.00

Para gastos imprevistos se considera un 10% sobre el Costo Di—

recto.Improvistos = 0.1 x 4,545,306 = $ 454,536 Costo Directo = $ 4,999,836.00

- 1 3 6 -

Que realmente es el Capital Fijo.

Ahora se calcula el Capital de trabajo que constituye el Capital necesario para poder operar la planta durante tres meses en el - cual se considera no se tendrá ninguna entrada de dinero.Es necesario contar con este Capital para poder pagar durante —

ese tiempo las materias primas, sueldos, impuestos y otros con—

ceptos menores.

Costo de Materias Primas (90 días)

Costo Unitario Costo Total

Acido Sulfúrico de 82% $ 0.60/kg. $ 16,200.00Sosa Caústica de 40% $ i.40Ag. $ 18,900.00Aceto Acetato Etílico $ 9.00/kg. $ 304,750.00

Anilina $ 4.00/kg. $ 60,640.00

Xileno $ 1„30/kg. $ 54,200.00

Trietanol Amina $ 13.00/kg. S 17,550.00

Alcohol Etílico $ 13.00/kg. $ 11,700.00

$ 483,940.00

Dentro del capital de trabajo debe considerarse también el costode Supervisión y operación (mano de obra) además de las presta—ciones sociales a las cuales esta sujeta la mano de obra:

Un Superintendente $ 7,000.00Dos operadores mecánicos de fab. por — turno $ 45.00 día $ 8,100.00Un Químico $ 2,500.00Dos operadores mecánicos de mant.por turno 8,100-00

$ 2 5 , 7 0 0 . 0 0

- 1 3 7 -

Entonces el costo de supervisión y operación en tres meses será de: $ 77,100.00

Los impuestos, seguros, prestaciones y demás se consideran como del 20% del Costo de Supervisión y operación.

Xmp. Seg. Prest. = 77,100 x 0.20 = $ 15,420.00 Sumando todos los gastos anteriormente considerados se obtiene al fin el capital de trabajo.

Costo mat. primas tres meses $ 483,940.00Costo Supervisión y op.tres meses $ 25,700.00Imp. Seg. Prest. Soc. $ 15,420.00

Capital de trabajo $ 525,060.00

Por lo tanto la inversión total será:Capital Fijo (C.F.) $4,999,836.00Capital de Trabajo (C.T.) $ 525,060.00

Inversión Total $5,524,896.00

Los gastos variables son de suma importancia y ellos correspon—den a Costo anual de las materias primas, así como al Costo ----anual de operación el cual se considera como 5% del Capital de - Trabajo.

Costo Anual de mat. primas $ 1,935,760.00Costo Anual de op. $ 26,253.00Costo Anual total de fabricación 1,962,013.00

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Los gastos fijos son aquellos que corresponden a lo siguiente: Seguro de la planta (1.2% del Costo de la planta) $ 38,959.00Administración (8% Capital de Trabajo) $ 42,005.00Mantenimiento (5% Costo del Equipo) $ 80,350.00Imp.IMSS,Prestaciones Soc.(20% Costo op. y Sup.) $ 61,680.00Ventas (36% Administración) $ 15,122.00Investigación (36% Administración) $ 15,122.00Depreciación (10% Costo del Equipo) $ 120,700.00

Gastos Fijos Totales $ 373,93 8.00

Los Gastos anuales totales ascienden a.Costo de Fabricación Anual total $ 1,962,013.00Costos Fijos totales $ 373,938.00Costo total anual $ 2,335,951.00

Los ingresos brutos de la empresa serán las ventas totales y ---estas son:

Ventas Anuales = Producción Anual x Costo UnitarioVentas Anuales = 1 x 105 kg/Año x $ 100.00/kg.Ventas Anuales = $ 10,000,000

Las utilidades brutas serán:Ingresos Brutos Anuales $ 10,000,000.00Gastos Anuales $ 2,335,951.00

Utilidades antes del impuesto $ 7,664,0 49.00Por ingresos mercantiles se paga 4% y por el impuesto del ingre­so gravable a las empresas es el 40% entonces será el 44% el que grava la utilidad bruta:

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Utilidad Neta Anual = 44% Utilidad BrutaUtilidad Neta Anual = 0.44 x 7,664,049.00

. . Utilidad Neta Anual = $ 3,262,197,56Se está en la posibilidad de poder calcular la rentabilidad y la recuperación del capital invertido según las expresiones siguien tes:

Rentabilidad = Utilidad NetaInversión total

Rentabilidad =

Recuperación del Capital = Inversión totalUtilidad Neta

Recuperación del Capital = 5,524,896 1.7 año3,252,181,56

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CONCLUSIONES.

1.- Se hizo mención de la versatilidad que este proceso tie ne para la fabricación de otros productos que tienen en comtín el mismo disolvente y el reactivo que ha de adicionarse al reactivo base.

De aquí puede inferirse que con una buena programación sólo se tendrá la fabricación de un producto sino de muchos más y con el mismo equipo, con lo que se logra recuperar el capital inver­tido en menos tiempo del teóricamente calculado, es decir que —

sí para recuperar el Capital invertido en un sólo proceso son ne cesarios 1.7 año, es lógico y justamente razonable pensar que sí con el mismo equipo se fabrican más productos el capital se recu pera más rápidamente.

2.- En cuanto a las utilidades se refiere se puede decir que por cada peso invertido en combustibles altamente refinados deri vados del Petróleo se obtiene $ 100.00 pesos, razón más que su—ficiente para lograr una amplia diversificación de la elabora---ción de productos derivados del Petróleo.

3.- Respecto al punto anterior debe tomarse en cuenta que - la novedad de la fabricación de productos Petroquímicos, como ya se dijo, requiere bastante inversión en tiempo como en dinero, -

razón que es justificable dado que la actualización de los proce sos mantendrá a la fábrica dentro de la competencia y con bastan tes utilidades.

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4.- Por esta razón es que se prefiere un proceso con las si guientes características:

A).- Isotérmico.B).- Semi intermitente.

a).- Con adición líquida continua de un reactivo.b).- Con extracción de un producto.

C).- Columna de destilación.D).- Caldera cerrada y con agitación.

Todas estas observaciones son pertinentes para efectuar el diseño del aparato en el cual se va a realizar el proceso unita­rio, y mediante el mismo lograr la obtención del producto desea­do en las óptimas condiciones.

5.- Se puede continuar con un sinnúmero de puntos de vista faborables a este procedimiento quedando en este como último la sugerencia de hacer una ligera modificación al proceso al nivel- de la materia prima substituyendo el reactivo de adición (Aceto Acetato Etílico) por:

2, 4, pentadiona.A) . Proceso Actual.

COOCH CH2 3

+ CH 3 CH,2 OH

Anilina + Aceto Acetato Etílico = Aceto Acetanilida + AlcoholEtílico

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B).- Proceso Substitutivo.

-n h 2+ c h 3 - c o .c h 2 - CO - CH,

Anilina + 2, 4, pentadiona

^VX-NH. OC - CH2- OC - CH3 + + CH .

Aceto Acetanilida + Metano

Como puede verse en el segundo proceso se obtiene como sub­producto de la reacción metano gas, el que es fácil suponer no - necesita la columna de destilación para abandonar el sistema. Es decir, en este punto se buscarla de acuerdo con el análisis pre­liminar de la reacción, a que temperatura y en que medio traba—

jar; aquí ya se justifican los puntos anteriores en todos los a£ pectos; considerando por ello que es un proceso que reditúa, con creces el capital invertido.

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