Avance del proceso Oxido de etileno Es el derivado ms importante del etileno que no es monmero para la industria del plstico como tal. Es un gas txico a temperatura ambiente, de Tb = 10,7 C y Tf = -112 C que forma mezclas explosivas con el aire. Es soluble en agua en todas proporciones.La produccin de oxido de etileno en el mundo fue de 20 milliones toneladas in 2009,19 million toneladas en 2008 y 18 millones e toneladas in 2007. esto ubica al oxido de etileno como el producto #14 en la lista de productos qumicos mas vendidos en el mundo, siendo un commoditi muy importante para iversas rutas y uno de los derivados del etileno mas importantes RegionProduction, thousand tonnes (2004)

North AmericaUnited StatesCanadaMexico40091084255

South AmericaBrazilVenezuela31282

EuropeBelgiumFranceGermanyNetherlandsSpainTurkeyUnited KingdomEastern Europe770215995460100115300950

Middle EastIranKuwaitSaudi Arabia2013501781

AsiaChinaTaiwanIndiaIndonesiaJapanMalaysiaSouth KoreaSingapore135482048817594938574080

El xido de etileno se produce en instalaciones con capacidad superior a las 100.000 Tm/ao.

En Colombia no existe ninguna compaa que produzca oxido de etileno (OE), es as como el consumo nacional de este importante producto depende netamente de las importaciones de pases como Venezuela, Brasil, Mjico y Estados unidos principalmente, tan solo en el 2009Colombia gasto 725.472 USD por concepto de importaciones de este producto.El mercado a atacar o suplir es el latinoamericano teniendo hoy como pases productores y directacompetenciaMjicoPemex-Complejo petroqumico Morelos -225 000 ton/aoBrasilOxiteno- 215.000 ton/aoVenezuelaPralca - 78.000ton/aoLa empresa venezolana Pralca produjo 25.988t de xido de etileno y sus derivados durante el tercer trimestre del ao 2004 destinadas a los mercados nacional e internacional, segn la agencia estatal de noticias, ABN.En los tres primeros trimestres de este ao, Pralca registr una produccin de 64.898t, de las cuales 4.491t correspondieron a xido de etileno (EO), 54.692t a monoetilenglicol (MEG), 4.830t a dietilenglicol (DEG), 737t a trietilenglicol (TEG) y 146t a otro tipo de glicoles, seal el gerente general de Pralca, Mario Bello.La produccin de oxido de etileno como proceso tiene las siguientes caractersticas Reactor principal Lavador el oxido de sorbedor del oxido absorvedor y columna de destillacion lavador de co2 y purga inmediata del sistema Reactor principal: El reactor principal se compone de gran cantidad de tubos de catalizador en manojos.Estos tubos son generalmente de 6 a 15 m de largo con un dimetro interior de 20 a 50 mm.El catalizador esta empacadoen estos tubos en forma de esferas o anillos de dimetro de 3 a 10 mm, esta compuesto plata metalica dispersada en alumina .Las condiciones de funcionamiento de 200oC a 300oC con una presin de 1 a 3 MPa prevalecen en el reactor.Para mantener esta temperatura, el sistema de refrigeracin del reactor juega un papel vital.De esta forma se evita el encejecimiento del catalizador. el proceso de reaccin tambin puede llevarse a cabo con oxigeno puro en vez de aire disminuyendo el tamao relativo de los productos Cambiar la corriente de aire por oxigeno disminuye en un 40% los flujos del proceso lo que impactara notablemente los diseos bsicos de los equipos ya realizados. Tambin a nivel mundial las plantas de oxido de etileno son conjugadas con una finalizacin del producto en etilenglicol.Como medio calefactor circula entre los tubos un lquido refrigerante, como, por ejemplo, queroseno o tetralina (tetrahidronaftaleno). El calor generado en el proceso se utiliza para producir vapor de agua y obtener energa.Otro factor a considerar, es la necesidad de limitar la conversin de etileno al 10%, para eliminar de manera adecuada el calor de reaccin, ya que las mezclas oxgeno-OE y etileno-oxgeno son muy explosivas.La reaccin de transformacin del etileno en OE es exotrmica con una entalpa de (H = -105 kJ/mol. No obstante, la reaccin principal va acompaada de otras dos reacciones secundarias, an ms exotrmicas, que son la combustin total del etileno ((H = -1327 kJ/mol) y la re oxidacin del xido de etileno ((H = -1223 kJ/mol) a dioxido de carbono y agua. Debido a la contribucin de estas reacciones secundarias, los procesos industriales alcanzan una selectividad prxima al 80%, en los que se produce un desprendimiento medio de calor de aproximadamente 500 kJ/mol de etileno consumido.

Lavador de xido de etileno: Despus de la corriente gaseosa del reactor principal, que contiene xido de etileno (1-2%) y CO2(5%), se enfra, entonces se pasa al lavador de xido de etileno.Aqu, el agua se utiliza como medio de lavado que disuelve la mayor parte de xido de etileno junto con algunas cantidades de CO2, N2, CH2CH2, CH4yaldehdos(introducidas por la corriente de recirculacin).Adems, una pequea proporcin de gas que sale del lavador de gases de xido de etileno (0,1 a 0,2%) se elimina continuamente (quemado) para evitar la acumulacin de compuestos inertes . Desorbedor de oxido de etileno: La corriente acuosa que resulta del proceso de lavado se enva entonces desorbedor.Aqu, xido de etileno se obtiene como el producto de cabeza, mientras que en el fondo se obtiene una corriente de agua y glicoles productos de parte del oxido de etileno que reacciono con el agua. Estos glicoles se pueden recuperar y son valiosos, por tanto se sangra esta corriente para enviarla a un proceso de recuperacin Absorvedor y destilador: Aqu, la corriente de xido de etileno se despoja de sus componentes de bajo punto de ebullicin y luego se destil en el fin de separarla en agua y xido de etileno. Lavador de CO2 La corriente de reciclado obtenido a partir de la torre de absorcion de xido de etileno se comprime y una corriente lateral se alimenta a la CO2lavador.Aqu, CO2se disuelve en la solucin acuosa caliente de carbonato de potasio donde se a una reaccin que produce bicarbonato de potasio. Luego esta solucin se separa los hidrocarburos que hayan podido introducirse y luego se desorve el Co2 mediante calentamiento

Productos derivados del xido de etileno.

En la Tabla 5.2 se indican los productos que derivan del OE.

Tabla 5.2.- Empleo de OE (en %)

ProductoMundoUSAEur. Occ.Japn

Etilenglicol61574459

Tensoactivos no inicos116112817

Etanolaminas61194

teres gliclicos4775

Otras aplicaciones213141215

Uso total (106Tm)14,53,82,20,97

1. Polioxietilenos; 2. Poliuretanos, etilenglicoles superiores

En la actualidad la tecnologa apara producir OE puede ser licenciada de varias empresas: Shell, scientific design (SD), unin carbide corporation (UCC), Japan catalytic, Autochem(Francia), Huels(Alemania) y DOW chemical[2][3]La cantidad mnima terica de etileno necesaria para producir una tonelada de es de 637 kg si el 100% del etileno se convierte en y no se quema.

De los diversos productos secundarios derivados del xido de etileno el ms importante es el etilenglicol. Es un lquido de Tb = 198 C y Tf = -12 C, soluble en agua en todas proporciones. Es muy txico porque en el organismo se metaboliza a cido oxlico (HOOC-COOH). La produccin mundial de etilenglicol es de 13,6x106 Tm. Se obtiene por adicin de agua al xido de etileno.

En el proceso industrial de fabricacin se hace reaccionar el OE con agua en exceso para evitar la formacin de polmeros (10 veces en exceso molar).

La reaccin puede llevarse a cabo en presencia de cido sulfrico como catalizador a presin atmosfrica y a 50-70 C, o bien sin catalizador a 200 C y de 20 a 40 atm. La selectividad es slo del 90% y el rendimiento del 96%. La fabricacin de etilenglicol se realiza casi exclusivamente en un reactor acoplado al de obtencin de xido de etileno por oxidacin de etileno. La disolucin resultante se concentra por evaporacin hasta el 70 %. El EG se purifica por destilacin fraccionada.Esta reaccin puede ser catalizada por cidos o bases, o puede ocurrir a un pH neutro a temperaturas elevadas. Los rendimientos ms altos de glicol de etileno se producen a pH cido o neutro con un gran exceso de agua. En estas condiciones, los rendimientos de glicol de etileno de 90% se pueden lograr. Los subproductos principales son el etilenglicol oligmeros dietilenglicol, trietilenglicol y tetraetilenglicol. Cerca de 6.7 millones de kilogramos se producen anualmente.

La tecnologa OMEGA de Shell ofrece, con mucho, el ms bajo consumo de etileno por tonelada de MEG logrado hasta ahora en la industria. Por cada tonelada de etileno, OMEGA puede producir hasta 1,95 toneladas de MEG en comparacin con los procesos convencionales que producen entre 1,53 toneladas a 1,70 toneladas.Shell ha sido el pionero en la industria y junto a CRI (catalyst company) haconcedido licenciaspara73 plantas de EO/EG en todo el mundo,43de los cuales siguen funcionando.Casi el 40% en el mundo se produceenlas plantas licenciadasydiseadas por Shell.Alrededor del 50% en el mundose produce mediantecatalizadoresdeCRI. La entrega de la planta se da en aproximadamente 24 meses, el tipo de contrato con SHELL seria de tipo EPC.Esta tecnologa se basa en la conversin del oxido a carbonato de etileno cclico con ayuda de dixido en carbono y luego se da la reaccin con agua o hidrogeno para producir co2 o metano y el etilenglicol, esta tecnologa ofrece una selectividad el 99% y utiliza catalizadores organofosforicos o de bases muy fuertes

Este proceso esta patentado por shell y las ecuaciones de cintica son de difcil acceso

El etilenglicol tiene dos campos de aplicacin principales: como anticongelante del circuito de refrigeracin de los motores (la mezcla glicol-agua en proporcin 1:1 congela a -35 C) y como diol para la obtencin de diversos polmeros. Los ms importantes son los poliesteres obtenidos por reaccin de etilnglicol con un dicido. La fibra de polister ms utilizada es el tereftalato de etilenglicol (fibra de polister).

En la Tabla 5.3 se muestran los principales usos del etilnglicol en diferentes pases.

Tabla 5.3.- Usos del etilenglicol (% en peso)

ProductoUSAEur. Occ.JapnMundo

Anticongelante25292016

Fibras de polister32356157

Pelculas/resinas de polister12885

Otros usos215281922

Uso total (106Tm)1,21,030,3013,6

1. Cintas magnticas de audio y vdeo, cintas transportadoras y paneles decorativos.2. Policarbonatos (por reaccin con fosgeno) y poliuretanos (por reaccin con diisocianatos

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UtilizaUtiliza el trmino principal de etilenglicol son como anticongelante, que representa ms del 50% de los usos comerciales de glicol de etileno y como materia prima en la produccin de fibras de polister, principalmente PET, que representa el 40% del consumo total de etilenglicol. Debido a que este material es barato disponible, encuentra muchas aplicaciones de nicho.Refrigerante y agente de transferencia de calorEl principal uso de glicol de etileno es como un medio para la transferencia de calor por conveccin en, por ejemplo, coches y ordenadores refrigerados por lquido. El glicol de etileno tambin se usa comnmente en sistemas de aire acondicionado de agua enfriada ese lugar ya sea el enfriador o manipuladores de aire exterior, o sistemas que se deben enfriar por debajo de la temperatura de congelacin del agua. AnticongelanteDebido a su bajo punto de etilenglicol congelante resiste la congelacin. Una mezcla de 60% de glicol de etileno y 40% de agua se congela a -45 C. Se utiliza como un fluido de deshielo para parabrisas y aeronaves. Las capacidades de anticongelante de glicol de etileno han convertido en un componente importante de las mezclas de vitrificacin para la conservacin a baja temperatura de los tejidos y rganos biolgicos.El glicol de etileno altera la unin de hidrgeno cuando se disuelve en agua. Glicol de etileno puro se congela a aproximadamente -12 C, pero cuando se mezcla con molculas de agua, no puede formar fcilmente una estructura cristalina slida, y por lo tanto el punto de congelacin de la mezcla est significativamente deprimido. El punto de congelacin mnimo se observa cuando el porcentaje de glicol etileno en agua es de aproximadamente 70%, como se muestra a continuacin. Esta es la razn etilenglicol puro no se utiliza como un anticongelante-agua es un componente necesario tambin.Precursor de polmerosEn la industria del plstico, glicol de etileno es importante precursor de fibras de polister y resinas. Tereftalato de polietileno, usado para hacer botellas de plstico de refrescos, se prepara a partir de etilenglicol.

Los objetivos de este trabajo son Isear el reactor para la produccin de oxio e etilenoComo esta reaccin es en fase gaseosa, determinar las condiciones optimas de tamao de tubos y catalizador teniendo en cuenta la caia de presin, conversin y selectividad, comparar el reactor e lecho empacado con uno fluidizao y comparar el desempeo de un empaque lineal con un empaque esfrico (reactor esfrico) y comparar los perfiles de temperatura y transferencia de calor

Disear el reactor parala produccin de etilenglicolComparar el proceso omega con el proceso actual (si se obtiene la cinetica del primero)Comparar el esempeo de un pfr y un cstr Datos cinticos Reaccion de etilenglicol Cinetica y constantes de velociadSun, F., Luo, N., Qi, R., & Qian, F. (2011, May). Research on industrial modeling of ethylene oxide hydration reactor. InAdvanced Control of Industrial Processes (ADCONIP), 2011 International Symposium on(pp. 456-460). IEEE.Datos termodinmicos Melhem, G. A., Gianetto, A., Levin, M. E., Fisher, H. G., Chippett, S., Singh, S. K., & Chipman, P. I. (2001). Kinetics of the reactions of ethylene oxide with water and ethylene glycols.Process Safety Progress,20(4), 231-246.(bsqueda de la cinetica por carbonato)OxidacinNueva cineticaSalmi, T., Roche, M., Carucci, J. H., Ernen, K., & Murzin, D. (2012). Ethylene oxidekinetics and mechanism.Current Opinion in Chemical Engineering,1(3), 321-327.Parametros usadosBorman, P. C., & Westerterp, K. R. (1995). An Experimental Study of the Kinetics of the Selective Oxidation of Ethene over a Silver on. alpha.-Alumina Catalyst.Industrial & engineering chemistry research,34(1), 49-58.Cinetica del la combustin de oxido de etileno Petrov, L., Eliyas, A., Maximov, C., & Shopov, D. (1988). Ethylene oxide oxidation over a supported silver catalyst: I. Kinetics of uninhibited oxidation.Applied catalysis,41, 23-38.(bsqueda de la cinetica de la combustin completa e etileno)

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