Fabricacion De Fenol

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INSTITUTO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE TAMAULIPAS UNIVERSIDAD ANÁHUAC TAREA PRODUCCIÓN DE FENOL MATERIA ANÁLISIS DE PROCESOS INDUSTRIALES TITULAR I.Q.I. HUGO EDUARDO DE ALVA SALAZAR ALUMNO José Efraín Anaya Ibarra ID 11383 FECHA DE ENTREGA 22/03/2012 FABRICACIÓN DEL FENOL R1- C6H6+Cl2C6H5ONa+NaCl+H2O (60oC, 3 atm,90%) R2- C6H5Cl+ 2NaOH+H2OC6H5ONa+NaCl+H2O (360 oC,400 atm ,90%) R3- C6H5ONa+HCl+H2OC6H5OH+NaCl+H2O (25 oC, 1atm, 100%) Condiciones: Solamente C6H6 y Cl2 son permitidos en R-1. Solamente C6H5Cl, NaOH, y H 2O son permitidos en R-2. C6H5ONa, HCl, H 2O, NaCl, C 6H5Cl, NaOH pueden ser permitidos en R-3. Se requieren 100 lbmol/hr. DIAGRAMA DE PRODUCCIÓN DE FENOL Basado en 100lbmol/hr 11.11 C6h6 100 C6h6 C6h6 R-1 100 Cl2 S-1 C6h5Cl 100 C6h5Cl HCl Cl2 100 HCl 11.11 Cl2 11.11 C6h5Cl 100H2O R-2 200 NaOH 100 NaCl 100 C6H5OH C6H5ONa NaCl 22.2 NaOH S-3 100 100 H2O C6H5Cl H2O NaOH NaCl H2O C6H5OH S-2 R-3 100 C6H5ONa 100 NaCl 100 H2O Alternativas 1 2 1 - 2 1 1 3 1 1 4 2 1 5 1 1 6 - 7 - 8 - Aplicación de las reglas heurísticas SEPARADOR-2 Reglas aplicadas 2) Sumatoria del número de moles 3) Alta corrosión en base al C6H5Cl 4) Tamaño de la partícula 5) Sustancias extrañas (basado en el tipo de absorbente)   C6H5ONa ALTERNATIVA- 1 H2O C6H5ONa H2O H2O C6H5Cl C6H5Cl C6H5ONa NaOH C6H5Cl PSA-2 PSA-3 C6H5ONa Torre Flash2 NaCl C6H5Cl NaOH NaCl Filtro-1 NaOH NaCl H2O ALTERNATIVA-2 H2O C6H5Cl PSA-3 C6H5ONa H2O H2O C6H5Cl C6H5Cl C6H5ONa NaOH NaCl PSA-2 C6H5ONa Torre Flash2 NaOH NaCl Filtro-1 NaCl NaOH C6H5Cl PSA    Los compuestos con polaridad alta y baja volatilidad son adsorbidos(atracción electroestática), mientras que los compuestos con las propiedades opuestas son básicamente no adsorbibles Proceso de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un lecho de material adsorbente que incluye las etapas de: (a) presurizar el lecho; (b) hacer pasar la mezcla de gases de alimentación a través del lecho de material adsorbente desde una superficie de entrada del lecho a una superficie de salida del lecho, en el que uno o varios componentes más fácilmente absorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente, y extraer un gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente absorbibles, que sale de la superficie de salida del lecho; (c) despresurizar el lecho extrayendo un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente absorbibles del lecho; (d) repetir todas las etapas de una manera cíclica; en el que el lecho tiene un grosor de lecho L, y un volumen de lecho V lecho; en el que el lecho tiene una proporción de aspecto según la ecuación (1) Proporción de aspecto = L3 / V lecho (1) en la que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 10; y en el que el gradiente de presión medio en el lecho en (b) supera 95 Pa/cm (0, 035 psi/pulgada). Características de los adsorbentes En el purificador psa se pueden usar distintos grados de absorventes PSA, dependiendo de la aplicación especifica de proceso. El tipo y la cantidad de adsorbente se modifican para cada diseño, con base en información acerca de las impurezas a eliminar y de las condiciones de funcionamiento. SINÓNIMOS Ácido Carbólico, Ácido Fénico, Ácido Fenílico, Ácido Fenólico, Alcohol Fenílico, Alcohol Fenilo, Bencenol, BenzaFenol, Fenil Hidrato, HidroxiBenceno, Hidróxido Fenilo, Izal, MonoFenol, MonohidroxiBenceno, OxiBenceno,Phenol (Inglés), Venzénol (Francés), Steinkohlenkreosot (Alemán). El Fenol posee en su estructura un anillo bencénico, y tiene un grupo Hidroxilo en lugar de uno de los átomos de Hidrógeno propio del Benceno(C6H6), tal y como lo muestra la siguiente estructura: DESCRIPCIÓN La oxidación directa del benceno sería el método más sencillo para introducir un grupo hidroxilo en el benceno y formar el fenol. Sin embargo, aunque el benceno puede oxidarse fácilmente, incluso por el aire, el fenol formado se oxida aún más fácilmente que el benceno, y a medida que aumenta la conversión disminuye el rendimiento del fenol. Por consiguiente, este método no se ha utilizado para la producción industrial. Por lo general, se usan métodos indirectos, en los cuales se forma un compuesto intermediario que después es convertido en fenol. Uno de los métodos indirectos es la sulfonación del benceno y la hidrólisis del sulfonato para formar fenol. La hidrólisis tiene que realizarse en un medio alcalino que da como resultado la formación de grandes cantidades de subproductos. La formación de clorobenceno, con su hidrólisis en solución alcalina, es un método importante. El cloruro de sodio, que es un subproducto, es electrolizado para obtener cloro para la cloración del benceno. En el procedimiento regenerativo, el clorobenceno es hidrolizado catalíticamente en fase de vapor, y el ácido clorhídrico formado como subproducto puede volverse a utilizar directamente en el ciclo. Este método es el más independiente de otros procesos. Se prefiere cuando se desea gran cantidad de fenol sin subproductos. En el recientemente introducido procedimiento del cumeno, se trata cumeno (isopropilbenceno) con oxígeno atmosférico para formar un hidroperóxido, que se descompone con ácido en fenol y acetona. De los cinco procedimientos antes enumerados, todos han sufrido modificaciones, sobre todo los más antiguos, que se deben en parte al progreso químico y tecnológico y en parte a las condiciones comerciales. Aquí sólo se estudiarán los métodos y las modificaciones de uso más general o más perfeccionados. Procedimiento de Cloración (proceso Dow). Este proceso se basa en la serie de reacciones siguientes: ( el símbolo F designa un equivalente electroquímico. 96 500 culombios/mol). Las primeras tentatitvas hechas para utilizar industrialmente este procedimiento tropezaron con dificultades en el tercer paso antes indicado; esto es: la electrólisis alcalina del clorobenceno. Una dificultad era la formación de éter difenílico como subproducto. Hale y Britton , de la Dow Chemical Company , observaron que existía un equilibrio entre el fenol y el éter difenílico: y que añadiendo éter difenílico a la mezcla de la reacción podía impedirse la formación adicional del mismo. Es característico del procedimiento de la cloración que (como en el procedimiento más antiguo del ácido bencenosulfónico) la hidrólisis del clorobenceno se realiza en solución alcalina . El resultado es la formación de algún subproducto ( en este caso hidrógeno), la necesidad de energía eléctrica para oxidar la sustancia auxiliar (cloruro de sodio) y la necesidad de combinar una instalación electrolítica con la instalación química. Las numerosas dificultades técnicas de este procedimiento fueron vencidos por Dow en la década de los veintes y desde entonces se ha usado en escala considerable en los Estados Unidos y en otros países. Se ha sugerido como modificación importante de este procedimiento el uso de carbonato de sodio, que conduce directamente al fenol en lugar del fenolato de sodio; pero no parece que este procedimiento se haya usado industrialmente. La casa Dow no ha descrito el proceso; pero, basándose en las patentes y en otra información, se cree que es como sigue: La operación del proceso de la cloración puede dividirse en : a) electrólisis; b) cloración; c) hidrólisis y purificación. En la electrólisis, se prepara una salmuera, se purifica y se convierte en solución de hidróxido sódico y cloro. La solución de hidróxido de sodio se priva de sal en el mayor grado posible y después se ajusta hasta una concentración aproximada de 10%. El cloro se seca y se utiliza en la cloración. La cloración del benceno se efectúa en fase líquida en condiciones casi anhidras. La mezcla de reacción se priva del ácido clorhídrico y se separa por destilación fraccionada en benceno que no ha reaccionado, monoclorobenceno y diclorobenceno. En la hidrólisis, se mezcla 1 mol de monoclorobenceno con 2-2.5 moles de una solución de hidróxido de sodio al 10-15%, aproximadamente 0.1 moles de éter difenílico y pequeñas cantidades de agentes protectores (por lo general aminas), emulsificadores como hidroxidifenilo (fenilfenol) y catalizadores como sales de cobre. La mezcla forma dos fases líquidas, y se obtiene el contacto íntimo heterogéneo haciendo pasar la mezcla por las bombas o por turbulencia en el sistema de reactores, o en un tanque mezclador especial. La mezcla se comprime a unos 280 Kg/cm2, se calienta a 260ºC. por cambio de calor con la mezcla que ha reaccionado y se introduce forzada en el reactor. El reactor es una autoclave tubular de acero especial. Está construida para satisfacer los requisitos siguientes: la mezcla que pasa por ella tiene que resistir la presión interna, y su longitud tiene que ser suficiente para que la reacción se haya completado en el tiempo necesario para que la mezcla pase por la autoclave. Podría usarse un tubo de 25 mm de diámetro interior, 13 mm de espesor y una longitud aproximada de 1 500 m, enrollado en forma de serpentín de 60 cm de diámetro. Este reactor se mantiene a unos 370ºC. por medio de gases de combustión o de líquidos para la transmisión del calor, como el Dowtherm A. Después de pasar por el reactor tubular y el cambiador de calor, la mezcla de productos que consiste en éter difenílico y una solución acuosa de fenolato de sodio, cloruro de sodio y algún exceso de hidróxido de sodio, se enfría y se quita la presión. La capa orgánica es separada y se devuelve al ciclo. La capa acuosa es acidificada con ácido clorhídrico (formado en la cloración del benceno), y la capa de fenol sedecanta, se seca y se purifica por destilación. La capa acuosa , solución de cloruro de sodio en agua, se priva de fenol por destilación azeotrópica, se purifica y se devuelve a las células electrolíticas. Procedimiento regenerativo (proceso de Rasching). Aunque el paso de la hidrólisis en el procedimiento del ácido bencenosulfónico puede realizarse catalíticamente y recuperar ácido clorhídrico en lugar de cloruro. Este es el procedimiento regenerativo, ideado unos diez años después de la cloración. Se adapta especialmente bien a la producción en gran escala sin subproductos. El principio que sirve de base a este proceso es la hidrólisis del clorobenceno en fase de vapor sobre un catalizador, según la ecuación: La cloración del benceno por medio de ácido clorhídrico y aire con catalizadores del tipo Deacon fue observada primero por la I. G. Farbenindustrie en Alemania en 1925. Las temperaturas durante la reacción eran elevadas, los rendimientos bajos y la vida del catalizador corta. La hidrólisis del clorobenceno con agua en fase de vapor sobre catalizadores fue observada primero por K. H. Meyer y F. Bergius en 1914. El mejor rendimiento obtenido por ellos fue aproximadamente 20%. En la década de 1920, varios experimentadores observaron independientemente unos de otros que el gel de sílice, la tierra de batán, etc., catalizaban la hidrólisis del clorobenceno en fase de vapor. A pesar del intenso trabajo realizado, esos catalizadores no han sido empleados con éxito industrial hasta el presente. Los problemas que había que vencer eran : a) perfeccionar la cloración del benceno por medio de ácido clorhídrico y aire y conseguir que esta reacción fuera técnicamente factible; b) encontrar un catalizador que dirigiera la hidrólisis del clorobenceno hacia el fenol, al contrario que la mayoría de los catalizadores, que la encuazan hacia el benceno y productos de descomposición; c) encontrar procedimientos para recuperar ácido clorhídrico y fenol de los productos de la reacción, en los cuales existen en concentraciones bajas; d) combinar las dos fases de la cloración y la hidrólisis en un sistema integral. Estos problemas fueron resueltos esencialmente en 1931. En 1937, la compañía Durez  Plastics & Chemicals, Inc ., adquirió los derechos del procedimiento para los Estados Unidos y su planta en North Tonawanda, N. Y., lo ha utilizado desde junio de 1940. En 1949 la Bakelite Company construyó una gran planta que utiliza este procedimiento en Marietta, Ohio., y en 1951 Durez Plastics & Chemicals, Inc ., anunció su intención de construir otra planta. El método que se describe para producir 18 000 Kg de fenol por día es: Gracias a la presencia del anillo bencénico dentro de su estructura, el Fenol posee la capacidad de estabilizarse. Esta posibilidad de estabilización del Fenol hace que pueda perder con relativa facilidad el Hidrógeno de su grupo Hidroxilo, haciendo que se comporte como un ácido débil. En presencia de grupos electrofílicos (orientadores – meta) se enfatizan las propiedades ácidas del Fenol. El Fenol es sensible a agentes oxidantes. La escisión del átomo de Hidrógeno perteneciente al grupo Hidroxilo del Fenol, es sucedida por la estabilización por resonancia del radical feniloxilo resultante. El radical así formado puede continuar oxidándose con facilidad; el manejo de las condiciones de oxidación y del tipo de agente oxidante empleado, puede conllevar a la formación de productos tales como dihidroxiBenceno, trioxiBenceno y/o quinonas. Las propiedades químicas mencionadas, hacen del Fenol un buen antioxidante, que actúa como un agente de captura de radicales. El Fenol sufre múltiples reacciones de substitución electrofílica, tales como halogenación y sulfonación. También reacciona con compuestos carbonílicos, tanto en medio ácido como básico. En presencia del Formaldehído (CHOH), el Fenol es hidroximetilado con subsecuente condensación, dando como resultado la formación de resinas. El Fenol es un material combustible en sí mismo, que se quema en presencia de Oxigeno, y puede producir Monóxido de Carbono (CO) como producto de combustión incompleta, el cual es un gas tóxico. Las rutas de obtención de Fenol que se emplean comercialmente son: Por lo menos cinco métodos están en uso efectivo o potencial para convertir benceno en fenol: 1) Oxidación Directa ; 2) Sulfonación , seguida de hidrólisis en solución alcalina; 3) Cloración , seguida de hidrólisis en solución alcalina; 4) Procedimiento Regenerativo , en el cual el clorobenceno es hidrolizado catalíticamente y el ácido clorhídrico producido se utiliza para la cloración del benceno; 5)Procedimiento del cumeno . PROCEDIMIENTO Cloración . Se introducen de modo continuo 3 600 Kg/hora de ácido clorhídrico al 15% recuperado y 180 Kg/hora de ácido nuevo de 33% en cuatro evaporadores para ácido de acero con revestimiento de ladrillos, equipado cada uno de ellos con ocho calentadores por vapor de agua, de tantalio, del tipo de bayoneta. Los vapores se mezclan con 18 900 Kg/hora de vapor de benceno, procedentes del destilador donde se separan el benceno y el fenol, y se calientan por medio de gases de combustión de baja temperatura a 290ºC, y con 84.3 m 3 por minuto de aire calentado a 150ºC. La mezcla se lleva por tuberías de acero a cuatro convertidores, que contienen el catalizador. Al pasar por el catalizador, se utiliza 98%, aproximadamente, del ácido clorhídrico para la cloración del benceno; 10% del benceno clorado, formando monoclorobenceno con un rendimiento superior a 90% y el resto forma principalmente diclorobenceno y pequeñas cantidades de óxidos de carbono. La mezcla de la reacción pasa al condensador parcial, una columna revestida de ladrillos y rellena con anillos Rasching. La columna tiene aproximadamente 3 m de diámetro y 13.5 m de altura y se riega con agua y benceno desde la parte superior. Los productos de la reacción y la pequeña cantidad de ácido que no ha reaccionado salen de la torre por el fondo, mientras que los gases y la mayor parte de los vapores de benceno, en mezcla azeotrópica con vapor de agua, salen de la torre por la parte superior. Pasan luego a seis condensadores de cobre, del tipo de casco y tubos, donde se condensa la mayor parte del benceno al tanque de almacenamiento. Los gases, después de pasar por un ventilador, que mantiene todo el equipo precedente a presión inferior a la atmosférica, pasan a una torre lavadora, donde es recuperado el benceno que queda en los gases después de enfriarlos por un lavado con aceite pajizo , que se envía después a una unidad de destilación. Los productos de la reacción que salen por el fondo del condensador parcial se separan en una capa acuosa débilmente ácida, que se usa después, y una capa de clorobenceno impuro. Este se lava con agua alcalina, para absorber los vestigios de ácido. Se separa por destilación fraccionada en dos columnas: en benceno puro, que vuelve al sistema; clorobenceno puro, que se envía al tanque de almacenamiento para usarlo en la hidrólisis y diclorobenceno impuro, que se guarda para venderlo. Hidrólisis . En el paso de hidrólisis, se hace circular continuamente una mezcla de vapor de clorobenceno y vapor de agua por un ventilador, cambiadores de calor, precalentadores, cámaras con catalizadores, cambiadores de calor, una columna para recuperar ácido y un lavador de fenol, para volver al ventilador. El ventilador es una máquina centrífuga de un metro de diámetro movida a 3 800 r.p.m. por una turbina de contrapresión de 200 hp., que descarga a 1055 g/cm2 el vapor que se ha de usar para evaporar el benceno. Después delventilador, el sistema se divide en cuatro ramas, formada cada una por dos cambiadores de calor en serie, un precalentador de petróleo, y una cámara de reacción (convertidor). En cualquier momento dado, funcionan tres de dichas ramas, mientras que la cuarta está siendo regenerada. Los cambiadores de calor son del tipo de casco y tubos, que tienen tubos de 38 mm de diámetro por 6.60 m de largo. El precalentador consiste en grupos de tubos de una aleación de cromo, con los vapores del proceso circulando por dentro y gases de combustión de un quemador de petróleo por fuera. Las cámaras de reacción contienen capas de un catalizador granulado de una altura de 90 cm. Los vapores salen del ventilador a unos 100ºC. El paso por los intercambiadores de calor eleva la temperatura hasta unos 320ºC., y después de pasar por el precalentador se calientan hasta la temperatura de reacción, aproximadamente 420º C. El paso por la cámara de reacción da como resultado la hidrólisis aproximada de 10% del clorobenceno, convirtiéndose más de 90% de éste fenol, y el resto principalmente en benceno. La mezcla de la reacción pasa a los cambiadores de calor y entra en una columna de acero con revestimiento de ladrillos, de un diámetro aproximado de 3 m y altura de 13.5 m, en la cual son extraídos el ácido y una parte del fenol con clorobenceno purificado y capa acuosa procedente de. El calor que contiene el vapor que entra es suficiente para vaporizar más clorobenceno del que es necesario para reemplazar la parte hidrolizada. Los vapores que salen por la parte superior de esta columna pasan a una pequeña columna regada con sosa cáustica, en la cual son neutralizados los vestigios deácido, y luego entran en una columna de acero de 3 m de diámetro y 13.5 m de altura, donde el fenol es lavado con agua. La cantidad en exceso de clorobenceno evaporado en la columna del lavado con ácido, se saca, para condensarlo y volverlos al sistema, mientras que la mayor parte del vapor, que ahora se compone solamente de clorobenceno y agua, vuelve al ventilador para empezar a circular de nuevo. El producto que sale de la columna de recuperación de ácido, que consiste en ácido clorhídrico de 15% y fenol impuro, se lava en tres columnas con benceno , y después se devuelve a los vapores. El producto que sale de la torre del lavado del fenol , consiste en una solución débil de fenol en agua, y se lava también con benceno . El benceno con fenol extraído de y se introduce en una columna fraccionadora , que separa la mezcla en vapores de benceno, que se llevan a cloración, y fenol impuro que contiene aproximadamente 1% de alquitrán y algunas unidades por ciento de clorobenceno. El fenol impuro se purifica en dos destiladores continuos de vacío. El rendimiento total del procedimiento regenerativo es aproximadamente 1 Kg de fenol y 0.1 Kg de diclorobenceno por kilogramo de benceno. Por este procedimiento se obtienen 6 800 000 Kg de fenol por año. USOS            Aplicación y curado de resinas para la fabricación de madera contrachapada. Aplicación y curado de resinas para moldes, para la manufacturade artículos moldeados tales como aparatos eléctricos, partes de automóviles, y utensilios de mano; manufactura de materiales de fricción, tablas de aglomerados de madera y materiales aislantes. Aplicación en recubrimientos para: revestimiento de tamboresy latas, equipo de procesamiento de leche y cerveza,tanques de agua y equipos de acondicionamiento de aire, láminas decorativas y textiles. Síntesis de resinas: fenólicas termoestables, epóxicas, depolicarbonato, fenóxicas y polisulfona. Síntesis decaprolactama para la fabricación fibras, plásticos y películas de nylon 6. Manufactura de agroquímicos e intermediarios. Síntesis de productos farmacéuticos, cauchos, plastificantes,antioxidantes, agentes de curado e intermediarios. Manufactura de estabilizantes y preservativos para tintes, perfumes y fungicidas. Refinación de solventes de ceras y aceites lubricantes; síntesis de aditivos para la gasolina y fluidos lubricantes e intermedios. Síntesis de precursores en la fabricación de poliéster; producción de poliéster resistente a la corrosión, y polioles de poliéster. Síntesis de agentes de actividad superficial, precursors de detergentes, y explosivos. Manufactura de agentes desinfectantes y productos de uso doméstico e industrial. Síntesis de cresoles y xilenoles.