Diseño y control de un proceso de producción de cumeno

Crespo Ramos, Cristina (2017). Diseño y control de un proceso de producción de cumeno. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Diseño y control de un proceso de producción de cumeno
Autor/es:
  • Crespo Ramos, Cristina
Director/es:
  • Rodríguez Hernández, Manuel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El papel que posee la industria química en el desarrollo de nuestra sociedad es decisivo. Podría parecer que esta afirmación es algo exagerada, pero si analizamos aquello que nos rodea, podremos observar que la mayor parte que los productos que utilizamos en nuestra vida cotidiana están relacionados con esta industria, ya que en ella se engloban industrias como la farmacéutica o la agrícola, destacando el plástico como uno de sus productos más importantes. La finalidad del presente trabajo es el diseño y control de un proceso de producción de cumeno. Para la elaboración del diseño, se empleará la herramienta de procesos químicos Aspen Plus, la cual nos permite llevar a cabo la simulación del comportamiento real del proceso. De esta forma se procederá al análisis de la influencia de cada una de las variables del proceso, además de su análisis económico. El cumeno posee una gran importancia dentro de la industria química, ya que se emplea principalmente como materia prima para la producción de fenol y acetona mediante el proceso Hock. El bisfenol A (BPA) por su parte, es el derivado del fenol de mayor importancia y se emplea en la fabricación de plásticos, empleados en la elaboración de envases de productos tan cotidianos como botellas de agua, latas de comidas y bebidas o electrodomésticos. Además, el cumeno se utiliza como disolvente de pinturas y barnices, o en la producción de acetofenona, precursor de resinas y de estireno, muy empleado en la industria química. El proceso de producción objeto de este estudio es la producción de cumeno mediante la transalquilación de benceno con propileno, empleando la zeolita ITQ-2 como catalizador. Produciéndose a su vez una reacción secundaria de formación de Diisopropilbenceno a partir del cumeno formado en la reacción principal y propileno. El diseño del proceso consta de dos partes: zona de reacción y zona de destilación. La reacción se lleva a cabo en fase líquida en un reactor adiabático PFR, por lo tanto la presión y temperatura de las corrientes de entrada deberá ser tal que garantice una única fase líquida. Para la optimización del diseño del reactor de alquilación, se estudian tres aspectos clave para maximizar la formación de cumeno: - La relación molar Benceno/Propileno (cantidad de benceno reciclada): al aumentar el exceso de benceno a la entrada del reactor, se produce una mayor selectividad y rendimiento. - Temperatura de entrada al reactor: el rendimiento aumenta al incrementar la temperatura de entrada, mientras que la selectividad disminuye. Además no debe ser muy elevada la temperatura de salida para no degradar el catalizador. - Tamaño del reactor: se analiza la influencia de la longitud, diámetro y número de tubos en la formación de cumeno. La corriente de salida del reactor se dirige hacia la zona de destilación en la que se procederá a la separación del producto deseado del resto, además del reciclo de benceno hacia la corriente de entrada. Al existir una gran diferencia entre los puntos de ebullición de los compuestos a separar y no formarse azeótropos, se plantea la destilación como proceso indicado para su separación. Para ello se incluyen tres columnas de destilación, la primera para separar el propano presente como impureza del resto (aprovechando sus propiedades y empleándose como combustible en el proceso), una segunda para separar el benceno que posteriormente se recicla y una tercera en la que se obtiene por cabeza el producto deseado, con una pureza del 99,9% de cumeno. Para mejorar la eficiencia energética, se plantea la sustitución de la columna de benceno que posee un alto consumo de energía en hervidor y condensador, debido a la cantidad de benceno a destilar para su reciclo, por dos columnas de destilación operando una a alta presión y otra a baja presión. La alimentación se divide entre las dos columnas, obteniéndose benceno como producto de cabeza de ambas y produciéndose un consumo energético menor que en el caso inicial. El producto no deseado formado en el reactor, se obtiene como producto de fondo de la columna de destilación de cumeno y se introduce dentro de un reactor de transalquilación para proceder a su conversión en cumeno, recirculándose posteriormente a la entrada de la columna de separación de benceno de baja presión. Una vez diseñado el proceso, se procede a su control. Destaca el control del reactor principal de alquilación y de las columnas de destilación, especialmente las de benceno y cumeno. La capacidad de producción de la planta se modifica manipulando el caudal de entrada de benceno y propileno frescos al proceso, que deberán mantener una proporción que garantice la máxima conversión de propileno en cumeno y a su vez poder variar la producción en función de la demanda del producto. Además, en la elaboración del análisis económico, para obtener el coste total de la planta hay que estudiar tres bloques: Coste de equipamiento, coste energético de la operación y coste de reactivos (propileno y benceno). Se concluye que el coste de reactivos es el que mayor influencia posee en el coste final, seguido del coste de operación siendo el coste de equipamiento el que menor impacto posee. Se realiza una evaluación ambiental del proceso de producción de cumeno, incluyendo las emisiones atmosféricas y gestión de los residuos obtenidos. Por último, se desarrolla la planificación en el tiempo, que es un aspecto clave en el desarrollo de cualquier proyecto. Para ello se definen todas las tareas llevadas a cabo, identificando aquellas que son críticas y sus relaciones de dependencia, incluyendo un diagrama de Gantt y un presupuesto final del proyecto.

Más información

ID de Registro: 45275
Identificador DC: http://oa.upm.es/45275/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:45275
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 23 Mar 2017 08:21
Ultima Modificación: 23 Mar 2017 08:21
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