Doc Propilenglicol

Universidad Autónoma de Baja California. Facultad de ciencias químicas e ingeniería. Campus Tijuana. Ingeniería Química.

Producción de Propilenglicol Alumno: Pérez León Pedro Esteban Prof. Ana Isabel Ames López.

Tijuana, Baja California a 7 de Octubre del 2015

Producción de propilenglicol

2. Antecedentes El propilenglicol también nombrado como propano-1,2-diol) es un compuesto orgánico incoloro, insípido e inodoro. Es un líquido aceitoso claro, higroscópico y miscible con agua, acetona, y cloroformo. Se obtiene por hidratación del óxido de propileno. Puede existir en el aire en forma de vapor, aunque e debe ser calentado para producir un vapor. El Propilenglicol ha tenido una reputación sin igual para un uso seguro en una amplia gama de productos, incluyendo productos alimenticios, alimentos para animales, cosméticos y productos farmacéuticos así como usos industriales. Se utiliza como estabilizante y para mantener los alimentos húmedos. Se utiliza en muchos de los alimentos que comemos, y la FDA considera que es seguro para el consumo humano El Propilenglicol industrial es un ingrediente usado para hacer anticongelante no tóxico y soluciones anticongelantes para automóviles, aviones y barcos, para fabricar compuestos de poliéster, y como solvente en la industria de pinturas y plásticos. Usos del propilenglicol. Varios usos del Propilenglicol tanto en productos farmacéuticos, alimenticios o de cosmética como su uso industrial

Aceite de fragancia. El propilenglicol ayuda a los aceites de fragancia a traspasar la piel. Da una textura sedosa y larga duración.

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Pintura de Paintball. El Propilenglicol es el elemento principal de las bolas de pintura del Paintball. Le da su mal sabor pero es fácil de limpiar. No es tóxico

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Máquina de humo. El Propilenglicol es uno de los componentes principales de la mezcla usada para crear humo.

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Disolvente. El Propilenglicol se usa como disolvente en productos químicos, en medicamentos, colorantes y aromas, pinturas, esmalte de uñas o en semiconductores

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Anticongelante. El propilenglicol está considerado como uno de los mejores anti-congelantes para su uso industrial. Para los automóviles o la fermentación.

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Humectante. El propilenglicol se utiliza por sus propiedades humectantes. La adición en cosméticos, medicamentos y alimentos ayuda a retener su contenido de humedad.

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Humectante para tabaco. El Propilenglicol es un humectante de uso común en los cigarrillos. Se han hecho estudios sobre la adicción al Propilenglicol

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Seguridad. El Propilenglicol se ha utilizado con seguridad durante más de 50 años, en especial en productos de salud sensibles. Tiene un grado de toxicidad bajo.

2.1 Característica del compuesto

2.1.1 Propiedades físicas y termodinámicas 2.1.2 Propiedades químicas

2.1.3 Toxicidad e inflamabilidad Información sobre los efectos toxicológicos Toxicidad aguda Oral: DL50 / rata: 20 g/kg. Nausea, dolores abdominales, calambres y contracciones musculares incontroladas, si se ingiere en gran cantidad. Inhalación: La exposición a concentraciones elevadas puede producir irritación de las vías respiratorias y garganta seca o dolorida. Contacto con la piel: DL50 / conejo: 20,8 g/kg. Corrosión o irritación cutáneas Un contacto prolongado puede producir irritaciones (piel rojiza y seca), disminución en la función renal y cambio en el hemograma (composición sanguínea). Lesiones o irritación ocular graves. Puede causar irritación y enrojecimiento del tejido ocular. Sensibilización cutánea No hay datos disponibles. Mutagenicidad No enumerado en la clase de mutagenicidad. Prueba AMES negativa. Carcinogenicidad Ningún efecto acumulativo. Toxicidad para la reproducción. Existen datos que indican que el producto puede causar efectos adversos sobre la reproducción. No obstante, los datos no permiten concluir que esta sustancia sea tóxica para la reproducción en humanos. Toxicidad específica en determinados órganos – exposición única. No hay datos disponibles. Peligro de aspiración. No hay datos disponibles. Inflamabilidad Cuando se calienta, desprende humos tóxicos e irritantes. Tendencia a oxidarse a altas temperaturas. La reacción con metales puede producir hidrógeno.

2.1.4 Medidas de seguridad e higiene para su manejo

Precauciones para una manipulación segura       

Usar equipos de protección adecuados para evitar el contacto y la inhalación de vapores. No fumar, comer o beber durante la manipulación del producto. Eliminar todas las posibles fuentes de ignición del área de manejo y almacenamiento Evitar chispas, llamas y electricidad estática. Condiciones específicas: Sistema de ventilación local eficiente. Condiciones de almacenamiento seguro, incluidas posibles incompatibilidades Conservar a temperatura ambiente. Los recipientes deben ser resistentes al producto, correctamente sellados y etiquetados y deben situarse en lugar seco, fresco, bien ventilado y protegido del sol. Es importante que los envases sean opacos a la luz del sol, ya que puede formarse dioxolano debido a una reacción de descomposición-oxidación



catalizada por la luz. Mantener el producto alejado de fuentes de calor, agentes de oxidación, agentes de reducción, ácidos, metales y aguahumedad. A altas temperaturas, el producto se descompone produciendo humos tóxicos e irritantes.

Control de exposición/protección individual Controles de la exposición Medir periódicamente la concentración en el aire. Trabajar con aspiración-ventilación. Medidas de protección personal

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Protección de los ojos / la cara: Gafas de seguridad o protección facial para evitar salpicaduras. Protección de la piel: Manos: Guantes. Materiales adecuados: caucho natural, polietileno. Medidas generales de protección e higiene: Las buenas prácticas en el trabajo y la adopción de medidas higiénicas personales reducen exposiciones innecesarias. Deben usarse duchas de agua caliente. Usar jabón y no otros disolventes. Tanto la ropa como los útiles deben cambiarse frecuentemente y limpiarse en seco. La ropa muy contaminada debe cambiarse inmediatamente. Debe revisarse el estado de los guantes para evitar una contaminación

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interna. Utilizar cremas para la piel después del trabajo. No fumar y evitar todas las fuentes de ignición. Protección respiratoria: En presencia de altas concentraciones de vapores, usar si es necesario una máscara de protección respiratoria con filtro para vapores orgánicos.

2.2 Descripción de procesos industriales para su elaboración 2.2.1 Método 1

Propilenglicol (PG) es producido por la hidrólisis de óxido de propileno (PO). La reacción se lleva a cabo a temperatura ambiente cuando es catalizada por ácido sulfúrico. Las condiciones de entrada son T= 25°C y P= 1 atm con un orden de reacción 1 y con una velocidad de reacción

K=16.96 X 1012 (e

−32499 RT

) h−1

C3H6O + H20--------> C3H802 (Reacción 1) 2.2.1 Método 2 La

producción

del

propilenglicol

por

hidrogenólisis

del

glicerol

es

un

proceso

utilizado

comercialmente. El método se basa en la hidrogenólisis sobre un catalizador de cromo cobre, acompañado de una destilación reactiva. La reacción procede a través de la formación de un compuesto intermedio, acetol (hidroxiacetona). En la primera etapa se produce acetol relativamente puro por deshidratación del glicerol y en una segunda etapa el acetol es hidrogenado a 1,2 propanodiol.

2.3 Análisis de la escala de producción mundial

El propilenglicol es un químico hecho por la reacción de óxido de propileno y agua. Por más de 50 años el propilenglicol ha tenido una excelente reputación por su uso seguro en una amplia gama de productos. • Cerca del 45% de la producción mundial de Propilenglicol se destina a la elaboración de Resina Poliéster Insaturada, las cuales se utilizan en la fabricación de embarcaciones, albercas, muebles de baños, carrocerías, tuberías, revestimientos y perfiles. • Otra aplicación importante para el Propilenglicol es para la elaboración de cosméticos. El propilenglicol es usado en más de 4,000 productos cosméticos y de cuidado personal. • También es utilizado en la industria farmacéutica como excipiente y en la industria alimenticia en la elaboración de colorantes y saborizantes, entre otras muchas más aplicaciones. Producción mundial de propilenglicol Con una aplicación tan amplia y en diversos mercados, no es de sorprender que su producción en el 2014 haya excedido las 2.4 millones de toneladas. El principal país productor de Propilenglicol es Estados Unidos, el cual cuenta con aproximadamente el 30% de la capacidad instalada a nivel mundial. Sin embargo el mercado mundial de Propilenglicol está moviéndose cada vez más hacia los países asiáticos, especialmente a China. Entre los principales productores de este producto se encuentran: Dow, Lyondell, Global Bio-Chem Technology, Ineos Oxide, Nihon Oxirane Co, SINOPEC Zhenhai, Archer Daniels Midland Co., Shell, Arrow Chemical Group Corp. y BASF. Producción de propilenglicol en México En México no se cuenta con producción de Propilenglicol ya que Pemex no produce óxido de propileno, por lo tanto todo el producto disponible en el mercado es importado, principalmente de Estados Unidos. El mercado en México de Propilenglicol es de aproximadamente 25,000 toneladas y ha crecido año con año cerca de un 10%. A junio del 2015 el mercado ha crecido alrededor del 14%.

3. Propuesta del diseño preliminar (síntesis de proceso)

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Resultados obtenidos:

3.1 Síntesis de los caminos de reacción 3.1.1.1 Alternativa 1 3.1.1.1.1 Análisis de sensibilidad para reactor en equilibrio 

T-CONV

Figura 1. Efecto de la temperatura en la conversión alcanzada en la reacción 1 a P= 1 atm con una proporción estequiometria 1 a 1

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P-CONV

Figura 2. Efecto de la Presión en la conversión alcanzada en la reacción 1 a T= 25°C con una proporción estequiometria 1 a 1

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T y P-CONV

Figura 3. Efecto de la Presión y temperatura en la conversión alcanzada en la reacción 1 con una proporción estequiometria 1 a 1

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Proporción de reactivos-CONV

Figura 4. Efecto de la proporción de reactivos en la conversión alcanzada en la reacción 1 a T= 25°C y P= 1atm con una proporción estequiometria 1 a 1

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T-CONV y Q

Figura 5. Efecto de la temperatura en la conversión y calor alcanzada en la reacción 1 con una proporción estequiometria 1 a 1

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P-CONV y Q

Figura 6. Efecto de la presión en la conversión y calor alcanzada en la reacción 1 con una proporción estequiometria 1 a 1

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Proporción de reactivos- CONV y Q

Figura 7. Efecto de la proporción de reactivos en la conversión y calor alcanzada en la reacción 1 a T= 25°C y P= 1atm con una proporción estequiometria 1 a 1



Tabla de condiciones o variables seleccionadas para la alternativa de reacción

De acuerdo a los análisis de sensibilidad realizados se decidió optar por las siguientes condiciones de operación:

Condición Presión Temperatura Proporción de reactivos

Valor numérico 1 atm 25°C 175 Kmol/hr

En base a los análisis de sensibilidad realizados para el reactor de equilibrio se seleccionaron estas las variables como las más óptimas para el sistema ya que el sistema no sufre cambios en la conversión causada por diferentes presiones (Figura 2) además de que si el sistema es operado a temperaturas superiores a los 25°C este empieza a padecer en la conversión (Figura 1) y por último la proporción de reactivos se escogió ese flujo ya que representa aun la máxima conversión que se puede obtener ya que si se agrega más flujo el sistema baja drásticamente en la conversión (Figura 4).

3.1.1.1.2

Análisis de sensibilidad para reactor cinético  Resultados obtenidos



T-CONV

Figura 8. Efecto de la temperatura en la conversión alcanzada en la reacción 1 a P= 1 atm con una proporción estequiometria 1 a 1

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P-CONV

Figura 9. Efecto de la Presión en la conversión alcanzada en la reacción 1 a T= 25°C con una proporción estequiometria 1 a 1

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T y P-CONV

Figura 10. Efecto de la Presión y temperatura en la conversión alcanzada en la reacción 1 con una proporción estequiometria 1 a 1

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Proporción de reactivos-CONV

Figura 11. Efecto de la proporción de reactivos en la conversión alcanzada en la reacción 1 a T= 25°C y P= 1atm con una proporción estequiometria 1 a 1

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Figura 12.

T-CONV y Q

Efecto de la temperatura en la conversión y calor alcanzada en la reacción 1 con una proporción estequiometria 1 a 1

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P-CONV y Q

Figura 13. Efecto de la presión en la conversión y calor alcanzada en la reacción 1 con una proporción estequiometria 1 a 1

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Proporción de reactivos-Conv y Q

Figura 14. Efecto de la proporción de reactivos en la conversión y calor alcanzada en la reacción 1 a T= 25°C y P= 1atm con una proporción estequiometria 1 a 1

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Tabla de condiciones o variables seleccionadas para la alternativa de reacción

De acuerdo a los análisis de sensibilidad realizados se decidió optar por las siguientes condiciones de operación:

Condición Presión Temperatura Proporción de reactivos

Valor numérico 1 atm 25°C 150 Kmol/hr

En base a los análisis de sensibilidad realizados para el reactor de equilibrio se seleccionaron estas las variables como las más óptimas para el sistema ya que el sistema no sufre cambios en la conversión causada por diferentes presiones (Figura 9) además de que si el sistema es conveniente que sea operado a la temperatura de 25°C ya que no es necesario aumentar esta para elevar la conversión ya que el aumento es mínimo a pesar de grandes aumentos de temperatura (Figura 8) y por último la proporción de reactivos se escogió ese flujo ya que representa aun la máxima conversión que se puede obtener ya que si se agrega más flujo el sistema baja drásticamente en la conversión (Figura 11).

3.1.2 Selección de alternativa de reacción 3.1.2.1 Datos Principales de los componentes participantes en las rutas Método 1 Componentes

Masa molar

Formula empírica C3H6O

Formula estructural

Precio

Oxido de propileno

58.1 lb/lbmol

Agua

18,01528 lb/lbm ol

H20

NA

Propilenglicol

76.09 lb/lbmol

C3H802

72 ¢/lb

71 ¢/lb

3.1.2.1 Análisis Económico Método 1 Reacción lb-mol PM (lb/lbmol) lb lb/lbPG ¢/lb

C3H6O 1 58 58 0.7634 72

GU= (1*72)-(0.7634*72)= 17 ¢/lbPG Ventajas

+

H20 1 18 18 0.2368 N/A

=

C3H802 1 76 76 1 72

químicas

Después de realizar el análisis de ganancia se observa que el resultado tiene signo positivo y por lo tanto significa que hay una ganancia por libra producida de propilenglicol. Desventajas Aunque se obtiene una ganancia realizando el análisis de ganancia esta última no es una suma considerable esto causado por los costos en el reactivo principal que es oxido de propileno generando un margen de ganancia pequeño. 3.1.2.3 Discusión de resultados Al realizar el análisis de ganancia y el resultado de este se puede confirmar que el proceso es rentable ya que muestra números positivos lo cual nos dice que se puede obtener ganancia por cada libra de propilenglicol producida , pero en cambio hay algo que también se puede observar y es que el precio del reactivo principal en este caso el óxido de propileno presenta un precio de mayoreo idéntico al precio de venta del producto lo cual genera que la ganancia no sea más grande además de que en la reacción no se generen subproductos que pueden ser comercializados los cuales puedan aumentar el margen de ganancia,

3.2 Síntesis de la red de reactores 3.2.1 Características del reactor (véase pág. 23 ejemplos VC)  

Variables de operación Distribución de especies químicas (base molar y másica)

3.2.2 Criterios para la selección de las dimensiones del reactor 

Efecto de la longitud sobre la conversión Debido al tipo de reactor seleccionado para la reacción 1 en este caso se realizó la simulación en un reactor CSTR el estudio del efecto de la longitud sobre la conversión fue sustituido por el efecto del



volumen del reactor en la conversión Efecto del número de tubos sobre la conversión Debido al tipo de reactor seleccionado para la reacción 1 en este caso se realizó la simulación en un reactor CSTR el estudio del efecto de la longitud sobre la conversión fue sustituido por el efecto del volumen del reactor en la conversión

Figura 15. Efecto del volumen del reactor en la conversión alcanzada en la reacción 1 a P= 1 atm y T= 25°C con una proporción estequiometria 1 a 1

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Tabla parámetros de configuración del reactor (volumen, tiempo de residencia, numero de tubos y dimensiones)

Parámetros de configuración Volumen (litros) Tiempo de residencia

500 0.038

De acuerdo al análisis de sensibilidad de volumen contra conversión (Figura15) se puede observar que la conversión más alta es lograda en el reactor cstr de 500 lts aunque se puede sacrificar este volumen tranquilamente ya que del margen de 200 litros a 500 litros la diferencia es muy poca en cuanto a la conversión se refiere