Objetivo del documento:
El principal objetivo de este documento de bases y criterios es adquirir la mayor información que se pueda referente a la capacidad que ocupara la planta dentro de unos límites que se evaluara conforme a la oferta y a la demanda de la empresa. Tomando en cuenta las condiciones ambientales, los servicios que requiere la planta para su funcionamiento, la variable a controlar, al igual que la materia prima a tratar y los productos a obtener. Para ello se tomaran criterios apropiados y sustentados con el fin de hacer funcionar la planta de fenol que se propone.
Alcance del documento:
El presente documento permitirá establecer con la selección previa de la tecnología más adecuada según lo evaluado y con el punto de equilibrio del mercado, el diseño más optimo de una planta para la producción de fenol con una capacidad que alcance resultados positivos en la misma, esto requerirá de cálculos, referencias, especificaciones, y normas de diseños. Cabe destacar que a través de este documento, se determinara cuáles serán los equipos y condiciones de operación que permitirán obtener el producto deseado (fenol), tomando en cuenta los insumos que requiere el arranque de la planta y su total funcionamiento; también las condiciones meteorológicas de diseños, los equipos que requerirá la planta y por ende el manejo de las variables mecánicas de las líneas de producción.
Bases de diseño:
Comprende los parámetros óptimos y adecuados para el establecimiento de los datos que deben ser manejados al inicio del proceso de obtención del fenol vía Cumeno, entre los cuales resaltan como primordiales los siguientes:
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Pureza del producto final.ͽ
Presiones de operación de los equipos.ͽ
Temperaturas o rangos de temperaturas a mantener.ͽ
Flujo de Alimentación del Proceso.ͽ
Conversiones de los productos.ͽ
Equipos a utilizar dentro del proceso.ͽ
Concentración de subproductos formados.ͽ
Concentración de productos obtenidos de carácter contaminante, entre otros.Premisas generales:
En el diseño de la planta para la obtención de fenol a un 99,9% de purezas comprende fundamentalmente de una alimentación de Cumeno_ Aire y una corriente de reciclo del mismo hacia un reactor de oxidación del cual la corriente de salida se hace pasar seguidamente a un concentrador en el que se obtiene hidroperoxido; este último se destina a una serie de reactores donde se produce su descomposición y así la obtención del fenol y acetona, que posteriormente son separados por destilación; no obstante, se requiere del seguimiento estricto de las condiciones de operación.
• Condiciones ambientales:
La empresa estima cumplir con las regulaciones ambientales establecidas, por los entes competentes para ello dispone de una estructura organizacional que le permita implantar y monitorear sus programas ambientales. Se dispondrá de organismos y departamentos especializados, que implementaran sus propios programas ambientales, auditorías ambientales internas e inspecciones de las instalaciones y alrededores con base en los lineamientos de las leyes ambientales. Se deberá establecer evaluaciones continuas, así como estrategias correctivas, cuando las auditorías internas revelan alguna deficiencia, las acciones implementadas deben ser
suficientes para eliminarlas. Adicionalmente, se deberá fomentar en el interior de la empresa una cultura corporativa enfocada a mejorar la seguridad industrial y la protección al medio ambiente.
Entre las leyes a considerar para la ejecución del presente proyecto, se toman en cuenta las siguientes: Leyes y Normas Nacionales. Ley Penal del Ambiente: Título II. De los daños contra el ambiente. Capítulo I. De la degradación, envenenamiento, contaminación y demás acciones o actividades capaces de causar daños a las aguas. Articulo 28. Vertido Ilícito Articulo 29. Alteración térmica Artículo 30. Cambios de flujo o sedimentación. Capítulo II. Del deterioro, envenenamiento, contaminación y demás accione o actividades capaces de causar daños al medio lacustre marino y costero.
• Capacidad de diseño:
La planta de Fenol contara con una capacidad máxima de 217.8 TMA, según los resultados obtenidos en el estudio de mercado, considerando que puedo o no ser alcanzado.
• Factor de servicio: especifica el tiempo de trabajo de la planta, en este caso la planta trabajará de manera continua.
• Especificaciones de alimentacion:
En la planta de obtención de Fenol se alimenta de Cumeno fresco (isopropil benceno), a 50°C y 10 atm, a su vez esta corriente se mezcla con el reciclado, que contiene O2, N2, Cumeno, fenol y agua, a 42°C y 10 atm. A continuación se especifica cada uno de los compuestos:
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Cumeno:Líquido, aromático penetrante, incoloro e inflamable. Su temperatura de inflamación es de 44 ºC en copa cerrada y 25 ºC en copa abierta; su temperatura de autoignición es de 424 ºC; y cuando su concentración en presencia de oxígeno está entre 0,88% y 6,5%.
Densidad relativa: 0,86 g/cm³ (a 15 ºC) Densidad relativa de los vapores: 4,1 (aire=1) Soluble en alcohol, éter, benceno y acetona. Insoluble en agua.
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Oxigeno (O2): es un gas a temperatura ambiente. Representa aproximadamente el 20,9% en volumen de la composición de la atmósfera terrestre.En condiciones normales de presión y temperatura; es incoloro, inodoro e insípido.
Masa molar 31,9988 g/mol Punto de fusión 50,35 K (-222,8 °C)
Punto de ebullición 90,18 K (-182,97 °C)
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Nitrógeno (N2): es un gas inerte, es utilizado para proteger la materia prima y en la contaminación de compuestos oxigenados. Controla la temperatura en los reactores del proceso. Peso Molecular: 28.0134 g/mol Punto de fusión: -210 °C
Calor latente de fusión (1,013 bar, en el punto triple): 25.73 kJ/kg
Densidad del líquido (1.013 bar en el punto de ebullición): 808.607 kg/m3 Equivalente Líquido/Gas (1.013 bar y 15 °C (59 °F)) : 691 vol/vol
Punto de ebullición (1.013 bar): -195.9 °C
Calor latente de vaporización (1.013 bar en el punto de ebullición): 198.38 kJ/kg
Temperatura Crítica: -147 °C Presión Crítica: 33.999 bar
Densidad Crítica: 314.03 kg/m3
Presión del punto triple: 0.1253 bar
Densidad del Gas (1.013 bar y 15 °C (59 °F)): 1.185 kg/m3 Gravedad específica (aire = 1) (1.013 bar y 21 °C (70 °F)): 0.967 Volumen Específico (1.013 bar y 21 °C (70 °F)): 0.862 m3
/kg
Capacidad calorífica a presión constante (Cp) (1.013 bar y 25 °C (77 °F)) : 0.029 kJ/(mol.K)
Capacidad calorífica a volumen constante (Cv) (1.013 bar y 25 °C (77 °F)) : 0.02 kJ/(mol.K)
Razón de calores específicos (Gama:Cp/Cv) (1.013 bar y 25 °C (77 °F)) : 1.403846 Viscosidad (1.013 bar y 0 °C (32 °F)) : 0.0001657 Poise Conductividad Térmica (1.013 bar y 0 °C (32 °F)) : 24 mW/(m.K)
Solubilidad en agua (1.013 bar y 0 °C (32 °F)) : 0.0234 vol/vol Concentración en el aire : 78.08 vol %
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Agua: El agua es un líquido inodoro e insípido. La molécula de agua libre y aislada, formada por un átomo de Oxigeno unido a otros dos átomos de Hidrogeno es triangular. El ángulo de los dos enlaces (H-O-H) es de 104,5º y la distancia de enlace O-H es de 0,96 A.ͽ
El aire está disponible, en 2°C y 1 atm. Se utiliza para extraer el oxigeno para llevar a cabo la oxidación del cumeno. Actualmente se conoce con bastante exactitud la composición del aire. Éstos pueden ser divididos en: Componentes fundamentales: Nitrógeno (78.1%) y el oxígeno (20.9%). Componentes secundarios: Gases nobles y dióxido de carbono (1%).
Contaminantes: Monóxido de nitrógeno, ozono, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, amoníaco y monóxido de carbono.
Componentes universales: Agua (en sus 3 estados) y polvo atmosférico (Humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen, microorganismos,etc.). Las proporciones de vapor de agua varían según el punto geográfico de la tierra. Las proporciones de estos gases se pueden considerar exactos más o menos a 25 km.
• Especificaciones de productos:
La conversión en los reactores en serie se realiza a una temperatura igual en cada reactor, por esto las corrientes se encuentran a las mismas condiciones, a 200°C y 10 atm. La concentración de fenol de un reactor con respecto al siguiente aumenta, de esta forma se obtiene una conversión casi completa del HPC a fenol (98-99%).
El producto de las reacciones en serie, se somete a destilación, en el destilador 1; de modo que se separe en fenol, agua, cumeno, O2 y N2. Una parte pasa al Separador 2, de 15, a 42°C y 10 atm. Se recicla el cumeno y O2, a 42°C y 10 atm para luego mezclarse con el cumeno recién alimentado; y la corriente de salida, a las mismas condiciones, sale del proceso como aire residual con algunos productos volátiles (fenol, cumeno, agua, etc.)
La otra salida del destilador 1, a 42°C y 10 atm, alimenta al destilador 2 para separar fenol y agua de 14, a 50°C y 10 atm, sale fenol al 92% en peso; y en otra corriente de salida a 65°C y 10 atm, también sale fenol pero en muy poco porcentaje.
La corriente que alimenta el destilador 3 en donde el fenol será separado totalmente de los volátiles, principalmente la acetona; a 261°C y 10 atm, fenol al 89% en peso y con una pureza adecuada para uso en resinas. También sale una corriente, a las mismas condiciones, el fenol sale más seco, solo con 1% de agua.
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Característica de Fenol:-Estado de agregación Sólido Apariencia Blanco-incoloro
-Densidad 1.070 kg/m3, 1.07 g/cm3
- Masa molar 94.11 g/mol
-Punto de fusión K (40.5 °C)
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Característica de Acetona: -Punto de ebullición: 56°C-Punto de fusión: -95°C
-Densidad relativa (agua = 1): 0.8 -Solubilidad en agua: Miscible -Presión de vapor, kPa a 20°C: 24
-Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C (aire = 1): 1.2 -Punto de inflamación: -18°C (c.c.)
-Temperatura de autoignición: 465°C
-Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 2.2-13 -Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: -0.24 -Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2.0
• Capacidad de almacenamiento
Es el conjunto de recipiente de todo tipo que contenga o puedan contener líquidos inflamables y/o combustibles, ubicados en un área que incluye los tanques y depósitos propiamente dichos, sus cubetas de retención, las calles intermedias de circulación y separación, las tuberías de conexión y las zonas e instalaciones de carga, descarga.
Para Fenol es necesario almacenar y emplear únicamente en recipientes/equipos diseñados específicamente para este producto. Almacenar y distribuir únicamente en áreas preferiblemente ventiladas, lejos de calor y de las fuentes de ignición.
No penetrar en los depósitos de almacenamiento; en caso de que necesite entrar, consultar primero con el suministrador. En áreas donde pueden producirse salpicaduras del líquido deben usarse anteojos y ropa de protección. En zonas donde hay alta concentración de vapor deben utilizarse máscaras que cubran todo el rostro, con toma de aire suplementario, así como ropa de protección, guantes, botas de goma y delantal de hule.
• Disponibilidad de los servicios
Agua potable:
Se puede producir agua potable a partir de cualquier fuente natural de agua como por ejemplo agua subterránea, lagos y ríos (agua superficial) o agua de mar, para consumo humano, el agua que puede ser consumida sin restricción. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales Los parámetros del agua potable están establecidos por la Organización Mundial de la Salud o por la Unión Europea. Su composición en minerales varía dependiendo del país pero para la mayoría de los minerales existe una concentración máxima que asegura un agua equilibrada, agradable para el consumo y segura. El agua suministrada para consumo humano se obtiene regionalmente de la fuente de Hidrofalcón.
Agua desmineralizada:
El agua desionizada o desmineralizada es aquella a la cual se le han quitado los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio iónico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o más rigurosamente H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeñas cantidades de impurezas no iónicas como compuestos orgánicos para reducir el coste de la regeneración de grandes sistemas de agua desmineralizada se pretrata el agua con una unidad de ósmosis inversa, que reduce el contenido de sales totales en más del 90% y reduce así el coste que produce la regeneración. A continuación de los intercambiadores catiónicos y aniónicos se pueden utilizar los intercambiadores de cama mixta para reducir la conductividad aún más.
Aguas contra incendios:
Es un sistema compuesto por un conjunto de tuberías, dispositivos y accesorios interconectados entre sí desde una estación de bombeo hasta dispositivos destinados a proteger instalaciones y personas contra los riesgos ocasionados por incendios. Una red de agua contra incendios podría abastecer a diversos tipos de dispositivos de protección incluyendo, pero no limitándose, a los siguientes:
· Gabinetes Contra Incendio
· Rociadores Automáticos
· Aplicadores de Espuma Contra Incendios
· Sistemas de Agua Pulverizada.
Aire para servicios internos:
La planta necesitara el aire como fluido de enfriamiento para todos los equipos presentes en la planta y como intermedio para señales de los instrumentos de control.
Energía eléctrica:
Será proporcionada por la central eléctrica de dicha zona y se utilizara a tiempo operación indefinida de la planta.
• Criterios y variables de control y protecciones:
Mantener bajo control los siguientes parámetros, haciendo uso respectivo de los controladores adecuados.
Presión de operación máxima Presión de diseño.
Temperatura de operación máxima. Temperatura de diseño.
Otras variables a controlar:
Especificación del material de acuerdo a la temperatura. Máxima corrosión permitida.
Tiempo de residencia dependiendo del tipo de servicios
Es necesario igualmente el establecimiento del diámetro de las conexiones auxiliares de los recipientes y las torres tales como venteo, drenajes. Para mantener en otro control de las variables del proceso, identificar cada una de las conexiones de los recipientes, tales como: entradas, salidas, condensados, drenaje, alimentación, entre otros.
De ser necesario podría implementarse el aislamiento de alguna etapa del proceso, si se considera que representa algún peligro tanto para el personal que labora en la planta, como para la eficiencia y rendimiento del proceso.
• Filosofia de mantenimiento:
Para la condición optima de la operación de la planta, es indispensable efectuar cada cierto lapso de tiempo, un mantenimiento a los diversos equipos (destiladores, intercambiador de calor, concentradores, reactores, y tuberías de transporte de fluido y drenaje) que conforman la producción del Fenol. Debe realizarse paradas de plantas de forma semestral. De igual forma, es necesario efectuar esporádicamente desfogues controlados cada dos días de la semana, como parte de los procedimientos de seguridad internos.
• Filosofia de operación:
Mezclar Cumeno y Aire en una torre de oxidación compuesto, junto a una corriente de recirculada de Cumeno, para la producción de Fenol, utilizando una red de equipos constituidas por Concentradores, reactores, destiladores, torres de purificación, bombas, entre otras.