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Producción de cloruro de vinilo

paula.casas

Created on June 23, 2021

Revista netamente de uso educativo

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Transcript

Fundación Universidad de América

Junio, 2021

PRODUCCIÓN DE

01

CLORURO DE VINILO

Autores

Paula Varia Casas Butista

paula.casas@estudiantes.uamerica.edu.co

Zuly Dayana Chavarro Merchán

zuly.chavarro@estudiantes.uamerica.edu.co

INTERSEMESTRAL

RESUMEN

En esta revista interactiva podremos ver información general y detallada acerca del cloruro de vinilo. Se verán las diferentes rutas de reacción, escogiendo la más apropiada considerando costos, impacto ambieltal, seguridad, etc. Se analizarán algunas condiciones termodinámicas y cinéticas con el fin de entender a mayor profundidad su proceso de producción. Adicional, con el fin de mirar las gráficas isoconversa e isocinética se mirará un caso de estudio (amoniaco).

Resumen

Análisis

Introducción

Gráficas

Balance de masa

Historia

Propiedades generales

Diagrama

Tabla de contenido

Materias primas

Plantas productoras

Producción

Heuristicas

Rutas de reacción

Conclusiones

Caso de estudio

Procesos

INTRODUCCIÓN

El VCM es un gas en condiciones normales, con temperatura de ebullición de -14oC. Se fabrica a partir de etileno y cloro y es la materia prima para la fabricación del plástico PVC (policloruro de vinilo).El crecimiento anual actual es del orden del 4-5% y la producción supera las 20millones de toneladas anuales.Todo esto pese a las previsiones que se hicieron indicando una disminución en su consumo. Las razones para que las previsiones no se hayan cumplido son por un lado la versatilidad del PVC con múltiples y diversos usos y por otro lado la mejora en el control de emisiones.

Info

10

Historia

El crecimiento de su producción industrial, que comenzó en los años 30 y alcanzo en 1976 capacidades de producción en los EEUU de unos 3,5 millones de toneladas (en 1979 cerca de 4 millones de toneladas), en el Japón, 1,89 millones de toneladas; en la RFA 1,3 millones de toneladas y en la URSS, 0,56 millones de toneladas. (OBTENCIÓN DEL CLORURO DE VINILO, 1993) Al principio la industria no tuvo un gran crecimiento pues el craqueo del EDC (1,2-dicloroetano)produce ácido clorhídrico como coproducto el cual no ten ́ıa tanta salida comercial. A finales de los años 50, el desarrollo de la oxicloración solucionó el problema, (FABRICACIÓN DEL VCM, 2008)

ÁCIDO CLORHÍDRICO

CLORO

Ha llegado a ser de los mayores consumidores de cloro

Coproducto

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Propiedades generales

A temperaturas ordinarias y a la presión atmosférica es un gas inflamable, incoloro, con olor etéro agradeble. Por debajo de -13,9°C es un líquido móvil incoloro. (OBTENCIÓN DEL CLORURO DE VINILO, 1993)

FICHA DE SEGRIDAD

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Leer más

Se pude formar medante diferentes rutas de reacción

Etileno y Cloro

¿ A PARTIR DE QUÉ MATERIAS PRIMAS ?

cloro

Etileno

10

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Info

Info

cloro

Etileno

10

Info

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Info

PRODUCCIÓN

El proceso de producción de VCM tiene tres unidades principales: de cloración directa, de oxicloración y de craqueo o pirólisis; dentro de las cuales ocurren reacciones principales y secundarias (o no deseadas), dando origen a los productos intermedios e impurezas. EDC ---> Dicloroetano VCM ---> Monómero de cloruro de vinilo

(Manrique, Gaspar and Ramirez, 2017)

CAMINOS DE REACCIÓN

P: Reacción principalS: Reacción secundaria

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(Manrique, Gaspar and Ramirez, 2017)

CLORACIÓN DIRECTA

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Info

(Procesos industriales, n.d.)

OXICLORACIÓN

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Info

(Procesos industriales, n.d.)

Depuración de dicloroetano

10

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Info

(Procesos industriales, n.d.)

PIRÓLISIS

10

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Info

(Procesos industriales, n.d.)

ANÁLISIS

TERMODINÁMICO

CINÉTICO

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Entalpia de formación --> ∆Hf = A + BT + CT2

Reacción Principal

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Entalpia de formación --> ∆Hf = A + BT + CT2

Reacción Principal

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Energía libre de Gibbs --> ∆Gf = A + BT + CT2

Reacción Principal

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Energía libre de Gibbs --> ∆Gf = A + BT + CT2

Reacción Principal

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Entalpia de formación --> ∆Hf = A + BT + CT2

Reacción Secundaria

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Entalpia de formación --> ∆Hf = A + BT + CT2

Reacción Secundaria

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Energía libre de Gibbs --> ∆Gf = A + BT + CT2

Reacción Secundaria

TERMODINÁMICO

Cloración Directa

Energía libre de Gibbs --> ∆Gf = A + BT + CT2

Reacción Secundaria

CINÉTICO

Cloración Directa

CINÉTICO

Cloración Directa

Reacción Principal

k1 = 0.132 m3 / mol∙s (T1=90℃) k2 = 0.132 m3 / mol∙s e^(2156.58 * (1/90℃ - 1/T2))

Reacción Secundaria

k1 = 0.0239 m6 / mol2∙s (T1=90℃) k2 = 0.0239 m6 / mol2∙s e^(7282.21 * (1/90℃ - 1/T2))

CINÉTICO

Cloración Directa

Reacción Principal

Reacción Secundaria

GRÁFICAS CLORACIÓN DIRECTA

TEMPERATURA Vs Cinetica

GRÁFICAS PIROLISIS

TEMPERATURA Vs Cinetica

GRÁFICAS CLORACIÓN DIRECTA

TEMPERATURA Vs GIBBS

TEMPERATURA Vs ENTALPIA

GRÁFICAS PIROLISIS

TEMPERATURA Vs GIBBS

TEMPERATURA Vs ENTALPIA

GRÁFICAS CLORACIÓN DIRECTA

PRESIÓN Vs COMPOSIÓN

GRÁFICAS PIROLISIS

PRESIÓN Vs COMPOSIÓN

Proceso de cloración directa

CLORURO DE VINILO

(Karasek, Kirkpatrick, Lipsey and Siahpush, 2016)

BALANCE DE MASA

(Karasek, Kirkpatrick, Lipsey and Siahpush, 2016)

BALANCE DE MASA

(Karasek, Kirkpatrick, Lipsey and Siahpush, 2016)

Rendimiento, conversión y selectividad

Rendimiento

Conversión

Selectividad

Plantas productoras

10

10

en Colombia

Vinilovers Colombia SAS → Bogotá

Viniloco SAS → Barranquilla

Vinilo Lab SAS → Bogotá

Vinilos y Pegantes L → Barranquilla

Vinilos y Estucos SAS → Cali

Vinilos y Gramas de Cordoba SAS → Monteria

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COSTOS REFERENTES ALEMANIA Y EEUU

DIAGRAMA DE BLOQUES PRELIMINAR

IMPACTO AMBIENTAL SEGURIDAD Y SALUD EN EL TRABAJO

HIDROCLORACIÓN

es el proceso menos amigable con el medio ambiente, teniendo en cuenta que el catalizador (cloruro de mercurio) según la ficha técnica de Merck es volátil y tóxico para los organismos acuáticos, con efectos nocivos duraderos

El manejo en el proceso más complejo para los operarios de la planta, debido a las declaraciones de peligro según Merck: Es mortal en caso de ingestión, provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves, se sospecha que provoca defectos genéticos y que puede perjudicar la fertilidad y provoca daños en los órganos tras exposiciones prolongadas o repetidas.

IMPACTO AMBIENTAL SEGURIDAD Y SALUD EN EL TRABAJO

sin importar el camino de reacción seleccionado sus propiedades pueden afectar al medio ambiente y la seguridad y salud de los que trabajan en la planta, ya que es inflamable, puede causar cáncer, provoca daños en los órganos en exposición continua, irritación cutánea, ocular y respiratoria.

se han realizado mejoras en las plantas de producción por medio de normativas para tener una manipulación de productos, residuos y materias primas sin riesgo

Heuristicas

10

circular subproductos provenientes de las reacciones secundarias en el proceso de cloración y pirólisis, de manera que las condiciones en el reactor son favorables y no generan acumulación al ingresarlos.Para la reacción principal de la cloración directa se vea favorecida, necesita una presión demasiada alta para obtener la máxima conversión disponible, pero esto implicaría costos muy altos y los equipos no serían capaces de soportar la presión, lo cual indica que lo más factible para el proceso es la recirculación, de manera que el reactivo que no pudo reaccionar logre hacerlo y beneficie la conversión.

- Heurística para reacciones en competencia: Para reacciones en competencia ajustar temperatura, presión y catalizador para aumentar el rendimiento de los productos deseados. La heurística se cumple en los dos reactores del proceso, donde se acondicionan a una temperatura y presión ideal para favorecer los productos deseados, además, en la cloración directa se utiliza un catalizador de cloruro férrico.- Heurística de recirculación de subproductos: La recirculación en la corriente 15 se tiene en cuenta para “reutilizar” el dicloroetano y que continúe produciendo cloruro de vinilo, además,

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Conclusiones

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- En el camino de reacción estudiado se identifica que es un proceso exotérmico, esto gracias a la grafica Temperatura vs Entalpía, ya que las dos reacciones que se realizan el reactor, muestran comportamientos negativos.- Aunque la Oxicloración es el proceso mas economico, el presupuesto aumentaria con la operación de lavado por el arrastre para su catalizador, por ello se planteo la comparición entre la cloración directa y aunque sigue con viabilidad estos valores cambian dependiendo de la zona, exportaciones, importaciones, entre otros factores.

- La producción de cloruro de vinilo tiene tres camino de reacción, los cuales son la oxicloración, pirolisis y cloración directa.- Según el cálculo de la energía libre de Gibbs para las dos reacciones correspondientes a la cloración directa, el comportamiento de la Gráfica y el valor a la temperatura de operación, indica un comportamiento negativo y lejos del equilibrio, demostrando la espontaneidad de las reacciones. -La hidrocloración es el proceso menos viable económicamente por el costo de materia prima. Además, de considerarse el proceso con mas impacto ambiental, seguridad y salud en la producción de cloruro de vinilo.

Conclusiones

10

- Para que la reacción principal de la pirólisis ocurra la mejor conversión se necesita altas presiones para no beneficiar a las reacciones secundarias que ocurren de forma paralela- En el proceso de la pirolisis las reacciones secundarias se ven reducidas en el aumento de la presión a diferencia de la reacción principal por ello estas composiciones de las reacciones no se ven seriamente afectadas por catalizadores. - En la pirólisis, se determina que es un proceso endotérmico, teniendo en cuenta la gráfica temperatura Vs entalpia, mostrando comportamientos positivos.

El proceso de oxicloración y cloración directa trabajan de manera paralela y equimolar por lo tanto se puede obtener un aprovechamiento en los subproductos- Se puede evidenciar que las reacciones en la cloración directa se ven afectadas por un cambio de presión cercanas a cero, donde la reacción principal a comparación de la secundaria tiene un rango mayor para un aumento de la composición. Con la condición de operación del proceso el comportamiento de la presión no afectará al momento de cambiar esta variable ya que está comienza adoptar un comportamiento estándar.

Caso de estudio

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Isoconversa

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Caso de estudio

10

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Isocinética

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Referencias

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- Lenntech.es. n.d. chlorine as disinfectant for water. [online] Available at: <https://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/quimica/desinfectantes-cloro.htm> [Accessed 28 June 2021].- Calvo Ganfornina, F., 2015. [online] Bibing.us.es. Available at: <http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/90362/fichero/TFG.Fco+Jos%C3%A9+Calvo+Ganfornina.pdf+> [Accessed 28 June 2021]. - Karasek, L., Kirkpatrick, B., Lipsey, A. and Siahpush, K., 2016. Producción del cloruro de vinilo. In: ResearchGate. - Procesos industriales, n.d. Cloruro de vinilo monómero. In: Ciencia de los polímeros.

- 1993. OBTENCIÓN DEL CLORURO DE VINILO. www.elmanky.com.- 2008. FABRICACIÓN DEL VCM. DIQUIMA. - Ilo.org. 2017. ICSC 0082 - CLORURO DE VINILO. [online] Available at: <https://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.display?p_lang=es&p_card_id=0082&p_version=2> [Accessed 28 June 2021]. - Herrera Castañeda, P., n.d. CIENCIA DE LOS POLIMEROS. - Manrique, Gaspar and Ramirez, 2017. Estudio de factibilidad: Obtención de Policloruro de Vinilo a partir de Etileno en el Perú. Bogotá D.C.: Acipet.

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