INSTITUTO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE TAMAULIPASUNIVERSIDAD 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 . 1atm. HCl.FABRICACIÓN DEL FENOL R1. 100%) Condiciones: Solamente C6H6 y Cl2 son permitidos en R-1. Se requieren 100 lbmol/hr.90%) R3. NaOH pueden ser permitidos en R-3. C6H5ONa.C6H6+Cl2C6H5ONa+NaCl+H2O (60oC. NaCl. NaOH. C6H5Cl.C6H5Cl+ 2NaOH+H2OC6H5ONa+NaCl+H2O (360 oC.C6H5ONa+HCl+H2OC6H5OH+NaCl+H2O (25 oC.400 atm . Solamente C6H5Cl. 3 atm. H2O.90%) R2. y H2O son permitidos en R-2. 11 C6h5Cl 100H2O R-2 200 NaOH 100 NaCl 100 C6H5OH C6H5ONa NaCl 22.DIAGRAMA DE PRODUCCIÓN DE FENOL 11.11 Cl2 S-1 Basado en 100lbmol/hr 100 C6h5Cl 100 HCl 11.2 NaOH C6H5Cl H2O NaOH S-3 100 100 H2O NaCl H2O C6H5OH R-3 100 C6H5ONa S-2 100 NaCl 100 H2O .11 C6h6 100 C6h6 100 Cl2 R-1 C6h6 C6h5Cl HCl Cl2 11. . 1 C6H5ONa H2O C6H5Cl Torre Flash2 H2O C6H5Cl C6H5ONa PSA-3 H2O C6H5Cl C6H5ONa NaOH NaCl PSA-2 C6H5Cl NaOH NaCl Filtro-1 NaOH NaCl H2O ALTERNATIVA-2 C6H5ONa H2O C6H5Cl Torre Flash2 H2O C6H5Cl PSA-2 PSA-3 H2O C6H5Cl C6H5ONa NaOH NaCl C6H5ONa C6H5Cl NaOH NaCl Filtro-1 NaOH NaCl .Alternativas 1 2 1 2 3 4 5 1 1 2 1 1 1 1 1 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) 6 - 7 - 8 - C6H5ONa ALTERNATIVA. (d) repetir todas las etapas de una manera cíclica. y un volumen de lecho V lecho. y extraer un gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente absorbibles. 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. El tipo y la cantidad de adsorbente se modifican para cada diseño. que sale de la superficie de salida del lecho. 035 psi/pulgada). (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. dependiendo de la aplicación especifica de proceso. en el que el lecho tiene un grosor de lecho L. . Características de los adsorbentes En el purificador psa se pueden usar distintos grados de absorventes PSA.PSA Los compuestos con polaridad alta y baja volatilidad son adsorbidos(atracción electroestática). (c) despresurizar el lecho extrayendo un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente absorbibles del lecho. en el que uno o varios componentes más fácilmente absorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente. con base en información acerca de las impurezas a eliminar y de las condiciones de funcionamiento. 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. este método no se ha utilizado para la producción industrial. se usan métodos indirectos. incluso por el aire. Steinkohlenkreosot (Alemán). Por lo general. Venzénol (Francés). que es un subproducto. De los cinco procedimientos antes enumerados. La hidrólisis tiene que realizarse en un medio alcalino que da como resultado la formación de grandes cantidades de subproductos. se trata cumeno (isopropilbenceno) con oxígeno atmosférico para formar un hidroperóxido. Ácido Fénico. En el recientemente introducido procedimiento del cumeno. MonoFenol. Izal. En el procedimiento regenerativo.SINÓNIMOS Ácido Carbólico. La formación de clorobenceno. Alcohol Fenilo. que se deben en parte al progreso químico y tecnológico y en parte a las condiciones comerciales. es electrolizado para obtener cloro para la cloración del benceno. aunque el benceno puede oxidarse fácilmente. es un método importante. y el ácido clorhídrico formado como subproducto puede volverse a utilizar directamente en el ciclo.Phenol (Inglés). Hidróxido Fenilo. Bencenol. Fenil Hidrato. Se prefiere cuando se desea gran cantidad de fenol sin subproductos. HidroxiBenceno. todos han sufrido modificaciones. con su hidrólisis en solución alcalina. que se descompone con ácido en fenol y acetona. El cloruro de sodio. y a medida que aumenta la conversión disminuye el rendimiento del fenol. MonohidroxiBenceno. el clorobenceno es hidrolizado catalíticamente en fase de vapor. Alcohol Fenílico. sobre todo los más antiguos. el fenol formado se oxida aún más fácilmente que el benceno. Por consiguiente. OxiBenceno. y tiene un grupo Hidroxilo en lugar de uno de los átomos de Hidrógeno propio del Benceno(C6H6). Este método es el más independiente de otros procesos. Ácido Fenólico. Sin embargo. Aquí sólo se estudiarán los métodos y las modificaciones de uso más general o más perfeccionados. en los cuales se forma un compuesto intermediario que después es convertido en fenol. El Fenol posee en su estructura un anillo bencénico. BenzaFenol. 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. Uno de los métodos indirectos es la sulfonación del benceno y la hidrólisis del sulfonato para formar fenol. . Ácido Fenílico. que conduce directamente al fenol en lugar del fenolato de sodio. esto es: la electrólisis alcalina del clorobenceno. Una dificultad era la formación de éter difenílico como subproducto. La casa Dow no ha descrito el proceso. 96 500 culombios/mol). de la Dow Chemical Company. 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. basándose en las patentes y en otra información. pero. El resultado es la formación de algún subproducto ( en este caso hidrógeno). Se ha sugerido como modificación importante de este procedimiento el uso de carbonato de sodio.Procedimiento de Cloración (proceso Dow). Las primeras tentatitvas hechas para utilizar industrialmente este procedimiento tropezaron con dificultades en el tercer paso antes indicado. 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. pero no parece que este procedimiento se haya usado industrialmente. Este proceso se basa en la serie de reacciones siguientes: ( el símbolo F designa un equivalente electroquímico. se cree que es como sigue: . 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 . Hale y Britton. 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. En la electrólisis. aproximadamente 0. cloruro de sodio y algún exceso de hidróxido de sodio. emulsificadores como hidroxidifenilo (fenilfenol) y catalizadores como sales de cobre. por medio de gases de combustión o de líquidos para la transmisión del calor. Procedimiento regenerativo (proceso de Rasching). se calienta a 260ºC. se enfría y se quita la presión. El reactor es una autoclave tubular de acero especial. como el Dowtherm A. c) hidrólisis y purificación. Está construida para satisfacer los requisitos siguientes: la mezcla que pasa por ella tiene que resistir la presión interna. ideado unos diez años después de la cloración. monoclorobenceno y diclorobenceno. Podría usarse un tubo de 25 mm de diámetro interior. El cloro se seca y se utiliza en la cloración. o en un tanque mezclador especial. La capa orgánica es separada y se devuelve al ciclo. Este reactor se mantiene a unos 370ºC. 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%. se prepara una salmuera. y se obtiene el contacto íntimo heterogéneo haciendo pasar la mezcla por las bombas o por turbulencia en el sistema de reactores. El principio que sirve de base a este . enrollado en forma de serpentín de 60 cm de diámetro.5 moles de una solución de hidróxido de sodio al 10-15%. Aunque el paso de la hidrólisis en el procedimiento del ácido bencenosulfónico puede realizarse catalíticamente y recuperar ácido clorhídrico en lugar de cloruro. La capa acuosa . se priva de fenol por destilación azeotrópica. La cloración del benceno se efectúa en fase líquida en condiciones casi anhidras. se seca y se purifica por destilación. La mezcla de reacción se priva del ácido clorhídrico y se separa por destilación fraccionada en benceno que no ha reaccionado. La mezcla forma dos fases líquidas. solución de cloruro de sodio en agua.La operación del proceso de la cloración puede dividirse en : a) electrólisis. la mezcla de productos que consiste en éter difenílico y una solución acuosa de fenolato de sodio. se mezcla 1 mol de monoclorobenceno con 2-2. se purifica y se devuelve a las células electrolíticas. por cambio de calor con la mezcla que ha reaccionado y se introduce forzada en el reactor. b) cloración. La capa acuosa es acidificada con ácido clorhídrico (formado en la cloración del benceno). Se adapta especialmente bien a la producción en gran escala sin subproductos. y la capa de fenol sedecanta. Después de pasar por el reactor tubular y el cambiador de calor.1 moles de éter difenílico y pequeñas cantidades de agentes protectores (por lo general aminas). Este es el procedimiento regenerativo. La mezcla se comprime a unos 280 Kg/cm2. 13 mm de espesor y una longitud aproximada de 1 500 m. se purifica y se convierte en solución de hidróxido sódico y cloro. En la hidrólisis. los rendimientos bajos y la vida del catalizador corta. catalizaban la hidrólisis del clorobenceno en fase de vapor. varios experimentadores observaron independientemente unos de otros que el gel de sílice. que la encuazan hacia el benceno y productos de descomposición.. adquirió los derechos del procedimiento para los Estados Unidos y su planta en North Tonawanda. etc. 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. c) encontrar procedimientos para recuperar ácido clorhídrico y fenol de los productos de la reacción. la compañía Durez Plastics & Chemicals. Estos problemas fueron resueltos esencialmente en 1931.. A pesar del intenso trabajo realizado. En . N. En la década de 1920. La hidrólisis del clorobenceno con agua en fase de vapor sobre catalizadores fue observada primero por K. Bergius en 1914. En 1937.. al contrario que la mayoría de los catalizadores. Y. Farbenindustrie en Alemania en 1925. El mejor rendimiento obtenido por ellos fue aproximadamente 20%. lo ha utilizado desde junio de 1940. Inc. d) combinar las dos fases de la cloración y la hidrólisis en un sistema integral. la tierra de batán. en los cuales existen en concentraciones bajas.proceso es la hidrólisis del clorobenceno en fase de vapor sobre un catalizador. Meyer y F. H. esos catalizadores no han sido empleados con éxito industrial hasta el presente. G. 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. Las temperaturas durante la reacción eran elevadas. Ohio. seguida de hidrólisis en solución alcalina. Inc. También reacciona con compuestos carbonílicos. hacen del Fenol un buen antioxidante. que se quema en presencia de Oxigeno.. puede conllevar a la formación de productos tales como dihidroxiBenceno. el Fenol es hidroximetilado con subsecuente condensación. que actúa como un agente de captura de radicales. el manejo de las condiciones de oxidación y del tipo de agente oxidante empleado. es sucedida por la estabilización por resonancia del radical feniloxilo resultante. en el cual el clorobenceno es hidrolizado catalíticamente y el ácido clorhídrico producido se utiliza para la cloración del benceno.. El Fenol es sensible a agentes oxidantes. En presencia de grupos electrofílicos (orientadores– meta) se enfatizan las propiedades ácidas del Fenol. 3) Cloración. el cual es un gas tóxico. La escisión del átomo de Hidrógeno perteneciente al grupo Hidroxilo del Fenol. 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. dando como resultado la formación de resinas. En presencia del Formaldehído (CHOH). Las propiedades químicas mencionadas. seguida de hidrólisis en solución alcalina. . 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. tales como halogenación y sulfonación. trioxiBenceno y/o quinonas. haciendo que se comporte como un ácido débil. y en 1951 Durez Plastics & Chemicals. 4) Procedimiento Regenerativo. tanto en medio ácido como básico.1949 la Bakelite Company construyó una gran planta que utiliza este procedimiento en Marietta. 2) Sulfonación. anunció su intención de construir otra planta. y puede producir Monóxido de Carbono (CO) como producto de combustión incompleta. 5)Procedimiento del cumeno. El radical así formado puede continuar oxidándose con facilidad. El Fenol es un material combustible en sí mismo. El Fenol sufre múltiples reacciones de substitución electrofílica. 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. procedentes del destilador donde se separan el benceno y el fenol. de tantalio. mientras que la cuarta está siendo regenerada. Pasan luego a seis condensadores de cobre.p. cambiadores de calor. y se calientan por medio de gases de combustión de baja temperatura a 290ºC. una columna revestida de ladrillos y rellena con anillos Rasching.5 m de altura y se riega con agua y benceno desde la parte superior. En cualquier momento dado. pasan a una torre lavadora.60 m de largo. una columna para recuperar ácido y un lavador de fenol. salen de la torre por la parte superior. Hidrólisis. se utiliza 98%.m. formando monoclorobenceno con un rendimiento superior a 90% y el resto forma principalmente diclorobenceno y pequeñas cantidades de óxidos de carbono. La mezcla se lleva por tuberías de acero a cuatro convertidores. que vuelve al sistema. clorobenceno puro. Los productos de la reacción y la pequeña cantidad de ácido que no ha reaccionado salen de la torre por el fondo.. por una turbina de contrapresión de 200 hp. el sistema se divide en cuatro ramas. Las cámaras de reacción contienen capas de un catalizador . en mezcla azeotrópica con vapor de agua. que contienen el catalizador. con los vapores del proceso circulando por dentro y gases de combustión de un quemador de petróleo por fuera. un precalentador de petróleo. Después delventilador. 10% del benceno clorado. que se envía después a una unidad de destilación. del tipo de casco y tubos. Los gases. 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. La mezcla de la reacción pasa al condensador parcial. del tipo de bayoneta. Este se lava con agua alcalina. y una capa de clorobenceno impuro. En el paso de hidrólisis. que tienen tubos de 38 mm de diámetro por 6. Los vapores se mezclan con 18 900 Kg/hora de vapor de benceno.PROCEDIMIENTO Cloración. que mantiene todo el equipo precedente a presión inferior a la atmosférica. que se envía al tanque de almacenamiento para usarlo en la hidrólisis y diclorobenceno impuro. se hace circular continuamente una mezcla de vapor de clorobenceno y vapor de agua por un ventilador. La columna tiene aproximadamente 3 m de diámetro y 13. después de pasar por un ventilador. precalentadores. para volver al ventilador. cambiadores de calor. para absorber los vestigios de ácido. y una cámara de reacción (convertidor). El precalentador consiste en grupos de tubos de una aleación de cromo. y con 84. Los productos de la reacción que salen por el fondo del condensador parcial se separan en una capa acuosa débilmente ácida. que se guarda para venderlo. El ventilador es una máquina centrífuga de un metro de diámetro movida a 3 800 r. Al pasar por el catalizador. funcionan tres de dichas ramas. cámaras con catalizadores. donde se condensa la mayor parte del benceno al tanque de almacenamiento. equipado cada uno de ellos con ocho calentadores por vapor de agua. mientras que los gases y la mayor parte de los vapores de benceno. Los cambiadores de calor son del tipo de casco y tubos. del ácido clorhídrico para la cloración del benceno. que descarga a 1055 g/cm2 el vapor que se ha de usar para evaporar el benceno. donde es recuperado el benceno que queda en los gases después de enfriarlos por un lavado con aceite pajizo .3 m3 por minuto de aire calentado a 150ºC. que se usa después. Se separa por destilación fraccionada en dos columnas: en benceno puro. formada cada una por dos cambiadores de calor en serie. aproximadamente. y se lava también con benceno . se lava en tres columnas con benceno . El calor que contiene el vapor que entra es suficiente para vaporizar más clorobenceno del que es necesario para reemplazar la parte hidrolizada. Por este procedimiento se obtienen 6 800 000 Kg de fenol por año. La cantidad en exceso de clorobenceno evaporado en la columna del lavado con ácido. se saca. que se llevan a cloración. El rendimiento total del procedimiento regenerativo es aproximadamente 1 Kg de fenol y 0. . y después se devuelve a los vapores. aproximadamente 420º C. Los vapores salen del ventilador a unos 100ºC. 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. El benceno con fenol extraído de y se introduce en una columna fraccionadora . de un diámetro aproximado de 3 m y altura de 13. en la cual son extraídos el ácido y una parte del fenol con clorobenceno purificado y capa acuosa procedente de. El paso por la cámara de reacción da como resultado la hidrólisis aproximada de 10% del clorobenceno. que ahora se compone solamente de clorobenceno y agua. donde el fenol es lavado con agua. mientras que la mayor parte del vapor. y después de pasar por el precalentador se calientan hasta la temperatura de reacción.granulado de una altura de 90 cm. vuelve al ventilador para empezar a circular de nuevo. El producto que sale de la columna de recuperación de ácido.1 Kg de diclorobenceno por kilogramo de benceno. en la cual son neutralizados los vestigios deácido. que separa la mezcla en vapores de benceno. y luego entran en una columna de acero de 3 m de diámetro y 13. El fenol impuro se purifica en dos destiladores continuos de vacío. convirtiéndose más de 90% de éste fenol. El producto que sale de la torre del lavado del fenol . consiste en una solución débil de fenol en agua. que consiste en ácido clorhídrico de 15% y fenol impuro. para condensarlo y volverlos al sistema. Los vapores que salen por la parte superior de esta columna pasan a una pequeña columna regada con sosa cáustica. y fenol impuro que contiene aproximadamente 1% de alquitrán y algunas unidades por ciento de clorobenceno. El paso por los intercambiadores de calor eleva la temperatura hasta unos 320ºC.5 m de altura.5 m.. Síntesis de precursores en la fabricación de poliéster. cauchos. y utensilios de mano. Síntesis de productos farmacéuticos.tanques de agua y equipos de acondicionamiento de aire. perfumes y fungicidas. producción de poliéster resistente a la corrosión. equipo de procesamiento de leche y cerveza. precursors de detergentes. y explosivos. Aplicación en recubrimientos para: revestimiento de tamboresy latas. plásticos y películas de nylon 6. Manufactura de agentes desinfectantes y productos de uso doméstico e industrial. agentes de curado e intermediarios. Manufactura de agroquímicos e intermediarios. para la manufacturade artículos moldeados tales como aparatos eléctricos. fenóxicas y polisulfona. depolicarbonato. Refinación de solventes de ceras y aceites lubricantes. láminas decorativas y textiles. . y polioles de poliéster. Síntesis de agentes de actividad superficial.antioxidantes. Manufactura de estabilizantes y preservativos para tintes. Síntesis de cresoles y xilenoles. Aplicación y curado de resinas para moldes. plastificantes.USOS Aplicación y curado de resinas para la fabricación de madera contrachapada. síntesis de aditivos para la gasolina y fluidos lubricantes e intermedios. tablas de aglomerados de madera y materiales aislantes. partes de automóviles. Síntesis de resinas: fenólicas termoestables. Síntesis decaprolactama para la fabricación fibras. manufactura de materiales de fricción. epóxicas.