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5/14/2018 Trabajo Procesos ales II VCM - slidepdf.com

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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

Tema:Cloruro de Vinilo (VCM).

Curso:Procesos Industriales II.

Alumno:Huamán Bernilla Jefferson Napoleón.

Docente:Ing. Arce Cruzado Carlos.

Ciclo Académico:2012 - 0

Lambayeque, 8 de Marzo 2012



INTRODUCCIÓN AL PROCESO:

La destacada importancia del cloruro de vinilo como monómero universal en la obtenciónde homo- , co- y ter- polímeros se refleja en el impetuoso crecimiento de su producciónindustrial, que comenzó en los años treinta y alcanzó en 1976 capacidades de producción

en los EE.UU. de unos 3,5 millones de toneladas (en 1979 cerca de 4,0 millones detoneladas); 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, por lo cual, el cloruro de vinilo, con su productode partida, el 1,2- dicloroetano, han llegado a ser los mayores consumidores de cloro.

Aproximadamente, la proporción de la producción total de cloro dedicada a la obtención decloruro de vinilo en los EE.UU. es de un 20% y en Europa Occidental y Japón más del30%.

El imperativo de perfeccionar y racionalizar ha conducido a una constante mejora de los

procesos y también a consecuencia de ello a una ampliación de la unidades de producciónque permite esperar en la actualidad una óptima economicidad para capacidades de unas450 000 toneladas al año.

Las cifras de producción de cloruro de vinilo en los países industriales más importantes seencuentran resumidas en la siguiente tabla:

Producción de CV (en millones de toneladas).



I.-OBJETIVOS:

1.1.-OBJETIVO GENERAL:

Conocer el proceso de Producción Industrial del Cloruro de Vinilo.

1.2.-OBJETIVO ESPECÍFICO:

Dar a conocer las principales propiedades del Cloruro de Vinilo, susaplicaciones, y los efectos que tiene en las personas que están expuestas.

Dar a conocer que procesos se han desarrollado al transcurrir los años y lasmejoras que se han obtenido a nivel económico, y sus beneficios para elmedio ambiente.

II.-PROPIEDADES DEL CLORURO DE VINILO:

El cloruro de vinilo a temperaturas ordinarias y a la presión atmosférica es un gasinflamable, incoloro, con olor etéreo agradable. Por debajo de -13.9 °C, es un líquido móvilincoloro. En la siguiente tabla se dan otras propiedades:



El cloruro de vinilo es soluble en tetracloruro de carbono, éter, alcohol etílico y en lamayoría de los disolventes orgánicos. La solubilidad de agua en cloruro de vinilo es de0,11% .

Cloruro de Vinilo



III.- APLICACIONES:

El cloruro de vinilo se emplea en su casi totalidad (96-98%) para la fabricación de clorurode polivinilo o polivinilcloruro (PVC). El restante 2-4% se emplea en la síntesis dehidrocarburos clorados específicos, como el 1,1,1-tricloroetano; el 1,1,2-tricloroetano, y el

cloruro de vinilideno. A nivel industrial, se usa el cloruro de vinilo para la producción depolímeros (ATRI, 1985). Aproximadamente el 25% de la producción mundial de cloro seutiliza para la producción de cloruro de vinilo.

IV.- EFECTOS CARACTERÍSTICOS:

4.1.- Intoxicación aguda:El VCM es irritante para piel, ojos y mucosa respiratoria y tóxica para el SNC de formaaguda. Se considera que el VCM tiene una toxicidad aguda relativamente baja, cuyoprincipal efecto es el narcótico. Se ha encontrado una relación dosis-respuesta consíntomas como obnubilación, náuseas y vómitos, cefalea, parestesias y fatiga.Exposiciones de alrededor de 5.000 ppm producen euforia, seguida de astenia, sensaciónde pesadez de piernas y somnolencia. Concentraciones de 8.000-10.000 ppm producenvértigos, y cuando se alcanzan las 16.000 ppm se producen alteraciones auditivas y de lavisión. Con 70.000 ppm se produce narcosis, y la muerte puede llegar conconcentraciones de 120.000 ppm.

4.2.-Toxicidad crónica:La exposición crónica da lugar a la llamada «enfermedad por cloruro de vinilo»,caracterizada por síntomas neurotóxicos, alteraciones de la microcirculación periférica,alteraciones cutáneas del tipo de la esclerodermia, alteraciones óseas, alteraciones dehígado y bazo —con alteraciones de la celularidad sanguínea asociadas—, síntomasgenotóxicos y cáncer.



Los síntomas neurotóxicos son precoces, se presentan en forma de excitación psíquicaseguida de astenia, pesadez de miembros inferiores, mareos y somnolencia. Si laexposición persiste puede producirse un cuadro de neurosis asténica.Las alteraciones angioneuróticas constituyen los primeros y más frecuentes signos de laenfermedad. Es característico el sindrome de Raynaud, con crisis asfícticas de manos y,

menos frecuentemente, pies. Pueden persistir durante años tras el cese de la exposición,y su fisiopatología no es bien conocida.Las alteraciones cutáneas se producen en un número reducido de casos. Pueden estarasociadas a esclerodermia del dorso de la mano, articulaciones metacarpianas yfalángicas y la zona interna de los antebrazos, y también en pies, cuello, rostro y espalda.La acrosteolisis se suele localizar en las falanges distales de las manos, en alrededor del3% de las personas expuestas. Se debe a necrosis aséptica del hueso, debida a isquemiapor arteriolitis ósea estenosante producida por depósitos de inmunocomplejos circulantesen el endotelio arteriolar. Aparece a los 20 años postexposición. Radiológicamente, se

aprecia un proceso de osteolisis con bandas transversas o estrechamiento de las falangesungueales.El efecto para la salud más importante debido al CVM es el cancerígeno. La IARC clasifica al VCM en el Grupo 1 (carcinógeno establecido para humanos), por su asociación constatada con la exposición al hemangiosarcoma de hígado.

V.- COMPORTAMIENTO EN EL MEDIO AMBIENTE:

Agua: El cloruro de vinilo es muy persistente en el agua, si no se evapora. Sin embargo,

hasta el momento no se conocen efectos nocivos sobre organismos acuáticos(UBA, 1986). Es poco probable su acumulación en la cadena alimentaria acuática(BUA 1989).

Aire:

Cuando el gas puesto a presión se expande, se forman nieblas frí as más pesadasque el aire. Estas se evaporan fácilmente y se combinan con el aire originandomezclas tóxicas y explosivas. Debido a las propiedades f í sico-quí micas del clorurode vinilo, es probable que se acumule en la atmósfera.

Tiempo de vida media:

En condiciones ambientales normales, el cloruro de vinilo es extraordinariamentepersistente. Su tiempo de vida media en el suelo en condiciones anaeróbicasasciende a más de 2 años. Su degradación aeróbica en instalaciones declarificación y en aguas superficiales, así como en cultivos bacterianos aislados de



20-120 mg/l, requiere un periodo mínimo de 5 semanas (UBA, 1986). Con laparticipación de radicales oxhidrilos, el tiempo medio de vida media se reduce a 66horas. En los casos de hidrólisis, el tiempo de vida media es inferior a 10 años(calculado para una temperatura de 25 °C) (RIPPEN, 1991). En la troposfera, eltiempo de vida media es de 11 semanas (degradación abiótica) (ATRI, 1985). La

BUA (1989) informa sobre un promedio de tiempo de vida media que oscila entre2,2 y 2,7 días.

Degradación / productos de la descomposición:

Durante la oxidación fotoquí mica, se forma ácido clorhí drico, óxido de carbono yformaldehido. No se produjo fotólisis en una concentración de 10 mg/l sometida arayos de 300 nm de longitud de onda durante más de 90 h. La mineralización

biótica es extremadamente lenta.

Efectos combinados:

El cloruro de vinilo reacciona, desarrollando altas temperaturas, con el acetileno, elcloro, el flúor, los oxidantes y peróxidos, con los que forma polí meros. Losiniciadores de una polimerización son la luz, el calor y el ácido sulfhí drico.



VI.- PRODUCCIÓN DEL CLORURO DE VINILO:

1.1.-Cloruro de vinilo a partir de acetileno:

El primer proceso industrial para la obtención de cloruro de vinilo fue desarrollado por la

Griesheim-Elektron. Se basaba en la adición de cloruro de hidrógeno al acetileno, que enprincipio se obtenía únicamente de carburo. En años posteriores se empleó también elacetileno procedente de la petroquímica para la obtención de cloruro de vinilo. El clorurode hidrógeno procedía, en un principio aun, de la síntesis a partir de Cl2 + H2, peropaulatinamente fue sustituido por el que resultaba como subproducto de cloraciones. Lavinilación del cloruro de hidrógeno trascurre según la siguiente ecuación.

HC Ξ 2C = CHCl (∆H = -99 kJ / mol)

Como catalizador se usa HgCl sobre carbón activo a 140 – 200 °C.

1.2.-Cloruro de vinilo a partir de etileno:

El cloruro de vinilo se obtiene hoy casi exclusivamente por disociación térmica de 1,2-dicloroetano (DCE).

Las materias primas utilizadas para la fabricación del DCE son el cloro y el etileno. Lacloración directa y la oxicloración del etileno producen el 1-2 Dicloroetano.



Esquema de producción equilibrada de dicloroetano y de cloruro de vinilo.

1.2.1.-Descripción de Proceso:

a) MATERIA PRIMA:

En una unidad equilibrada de producción de cloruro de vinilo, el etileno y el cloro son

suministrados por tubería, procedente de instalaciones próximas. El etileno procedenormalmente de un cracker con vapor, es necesario que la presencia de propano y depropeno sea mínima al objeto de evitar la formación de cloropropanos y cloropropenos.

El cloro gas debe ser seco y libre de inertes (O2, N2 y CO2), en caso contrario esnecesaria una licuefacción y reevaporación posterior del cloro, para la reducción de sucontenido en inertes. El oxígeno puede ser utilizado directamente o bien puede ser



reemplazado por aire, en este caso el contenido en nitrógeno aumenta considerablementeel volumen de gases residuales a tratar.

En las unidades no equilibradas tanto el cloruro de hidrógeno como el dicloroetano,pueden ser suministrados total o parcialmente del exterior. En estos casos la pureza de los

mismos influye en la cantidad y calidad de las impurezas formadas durante el proceso.

b) CLORACIÓN:

La cloración directa del etileno para obtener dicloroetano es una reacción exotérmica queutiliza la fase líquida del dicloroetano como medio de reacción. Las condiciones deoperación varían entre 50 ºC y 120 ºC de temperatura y de uno a cinco bar (absolutos) depresión. La reacción puede tener lugar con exceso de etileno o de cloro y como catalizadorse utilizan cloruros metálicos, normalmente cloruro férrico, (otros cloruros de aluminio,cobre, antimonio también pueden ser utilizados).Los productos resultantes de la reacción

son: 99% dicloroetano y menos del 1% de otros productos tales como cloruro de etilo y1,1,2 tricloroetano. La formación de estos subproductos se puede reducir utilizando ciertosinhibidores (oxígeno, dimetilformamida).La cloración se puede realizar a baja temperatura (menos de 70 ºC), por debajo del puntode ebullición del dicloroetano. En este caso, el dicloroetano debe ser lavado (para eliminarel arrastre del catalizador) y por tanto secado (mayor consumo de energía), por elcontrario el proceso es más selectivo y genera menos subproductos.En la cloración a alta temperatura, la reacción se desarrolla a una temperatura superior alpunto de ebullición del dicloroetano, e incluso mayor de 90º C. El dicloroetano se obtieneen fase gaseosa y se puede utilizar directamente en la unidad de cracking, aunque se

generan más subproductos que en la variante precedente.En este caso, se puede recuperar la energía del flujo de dicloroetano en fase vapor.En ambos procesos se generan pequeñas cantidades de residuos y los venteos de gasesresiduales (principalmente etileno, cloro, cloruro de hidrógeno e inertes) deben sertratados antes de su emisión a la atmósfera. Para producir una tonelada de dicloroetanopor cloración directa se requiere unos 315 kg de etileno y 800 kg de cloro. En la reacciónde cloración no se produce agua.

c) OXICLORACIÓN:

Este proceso obtiene un dicloroetano de menor riqueza, pero tiene la gran ventaja de quees un sumidero del cloruro de hidrógeno, coproducido en la obtención del cloruro de vinilo.En el proceso de oxicloración el cloruro de hidrógeno, el etileno y el oxígeno reaccionan enfase gaseosa a una temperatura de 220 a 250 ºC y 2 a 6 bars de presión relativa. Seobtiene dicloroetano y vapor de agua.La reacción es catalizada por una sal de cobre, es exotérmica y el calor de reacción esrecuperado por intercambio térmico produciéndose vapor, que optimiza el rendimiento



energético de la planta. La reacción puede realizarse en lecho fijo o en lecho fluido. Enlecho fluido la temperatura en el reactor es más uniforme y las condiciones de trabajo(presión y temperatura) son más bajas.El correcto control de la temperatura es fundamental para minimizar la formación desubproductos no deseados.

La fuente de suministro de oxígeno puede ser el aire u oxígeno puro. Los procesos quetrabajan con aire, requieren un ligero exceso de aire y etileno para asegurar la conversióndel cloruro de hidrógeno. En este caso, se incrementa la formación de subproductos y elvolumen de gases residuales.En los procesos que trabajan con oxígeno puro, se precisa un mayor exceso de etileno enla alimentación, la temperatura de trabajo es más baja, se reducen la cantidad desubproductos y el volumen de gases residuales se reducen considerablemente. Sinembargo, estas ventajas deben ser ponderadas frente al coste del oxígeno.Los productos resultantes de la reacción de oxicloración se separan de los inertes por

refrigeración, condensación y decantación.El dicloroetano residual en los gases inertes se separa sea por oxidación catalítica, seapor oxidación a alta temperatura, recuperándose su contenido térmico y su contenido encloro bajo la forma de ácido clorhídrico.Después del enfriamiento brusco y la condensación de los gases procedentes de lareacción de oxicloración, el agua y el dicloroetano (con otros organoclorados) sonseparados en dos fases en función de la solubilidad. Hay dos excepciones el cloral y elcloroetanol que quedan con la fase acuosa.

El proceso de oxicloración origina los siguientes residuos que deben ser tratados

adecuadamente: Impurezas (monocloroetano, y 1.1.2 Tricloroetano), que son extraídos del

dicloroetano por destilación. Los venteos de gases deben ser tratados antes de su emisión a la atmósfera (sea

por oxidación térmica, sea por oxidación catalítica). Los efluentes acuosos de la reacción obtenidos tras el enfriamiento brusco de los

gases resultantes de la reacción pueden tener trazas de compuestosorganoclorados y de cobre (catalizador), que serán eliminados por stripping convapor y por decantación, respectivamente.

Los efluentes acuosos de las diferentes etapas de condensación tienen trazas decompuestos organoclorados (se eliminan por stripping). El catalizador consumido se separa por decantación.

En la reacción de oxicloración se produce Octoclorodibenzofurano y productos de lamisma familia. Según datos de OSPAR procedentes de dos plantas, la formación total dedioxinas en el proceso es de 6 g/año si la oxicloración se realiza en lecho fluido y 40 g/añosi la oxicloración se realiza en lecho fijo.



d) DEPURACIÓN DEL DICLOROETANO:

El dicloroetano a depurar proviene de las siguientes fuentes:- Proceso de cloración- Proceso de oxicloración

- Reciclado de la producción de cloruro de vinilo (dicloroetano no transformado en elproceso de pirólisis).- Suministro exterior a la instalación.

El proceso de depuración comprende las siguientes etapas:

- Lavado con agua y sosa cáustica para absorber las trazas de cloruro de hidrógeno, cloro,catalizador y orgánicos solubles en agua (cloral, 2-cloroetanol).- Secado del azeotropo y destilación de los ligeros (productos con punto de ebullicióninferior al dicloroetano) tales como cloroformo, cloruro de etilo, tetracloruro de carbono.- Destilación de los pesados (productos con punto de ebullición superior al dicloroetano)tales como 1,1,2-tricloroetano, y compuestos C4.- El dicloroetano puro y seco es extraído de la parte superior de la columna de destilación.- Tratamiento (por destilación) de los ligeros y los pesados para recuperar másdicloroetano y separar agua de los ligeros.- Reacción de cloración para convertir en pesados aquellos ligeros que no se separan deldicloroetano por destilación.

En la etapa de depuración del dicloroetano los venteos de gases son tratados antes de su

emisión a la atmósfera sea por oxidación catalítica sea por oxidación a alta temperatura.Las aguas procedentes de la columna de secado azeotrópico son tratadas en unacolumna de stripping, donde pequeñas cantidades de ligeros y pesados son tambiénseparadas.

d) PIROLISIS (CRACKING) DEL DICLOROETANO:

La producción de cloruro de vinilo a partir del dicloroetano se realiza por la pirólisisde éste a aproximadamente 500 ºC de temperatura, seguido de un enfriamientobrusco del flujo de gases, al objeto de minimizar la formación de alquitranes y

pesados. La molécula de dicloroetano se rompe dando lugar a una molécula de cloruro de

vinilo y otra de cloruro de hidrógeno. La tasa de conversión del dicloroetano varíaentre 50-65%.

El dicloroetano no transformado se retorna al proceso de depuración.



La pureza del dicloroetano (99,5%) que alimenta la pirólisis tiene un impacto muyimportante para reducir la formación de impurezas y coke. La humedad debe serdespreciable para evitar problemas de corrosión.

Las emisiones de ese sector son únicamente los gases de la combustión del gasnatural en los hornos de pirólisis.

e) DEPURACIÓN DEL CLORURO DE VINILO:

Una vez producida la pirólisis del dicloroetano, el cloruro de hidrógeno, el cloruro de viniloy el dicloroetano no transformado, son separados por destilación en dos etapas.En la primera, se separa el cloruro de hidrógeno, que tras una hidrogenación (opcional)para eliminar las trazas de acetileno es reciclado como materia prima al proceso deoxicloración, lo que reduce la formación de subproductos no deseados. La mayor parte delos subproductos volátiles son extraídos con el cloruro de hidrógeno y vuelven a la

oxicloración.En la segunda, se separa el cloruro de vinilo del dicloroetano que es reciclado. El clorurode vinilo líquido es enviado a los depósitos de almacenamiento. En este proceso no hayemisiones al aire, y la neutralización del cloruro de vinilo se suele realizar con cal viva.

f) ALMACENAMIENTO, CARGA Y DESCARGA:Una buena práctica en las instalaciones de almacenamiento, carga y descarga, es ladisponibilidad de un sistema de detección de fugas que permita el accionamiento adistancia de las válvulas que aíslan los diferentes circuitos implicados en dichasoperaciones.

Las instalaciones de producción de dicloroetano y cloruro de vinilo, incluyen las unidadesde almacenamiento, carga y descarga de dicloroetano bruto, dicloroetano purificado,ligeros, pesados, cloruro de hidrógeno y cloruro de vinilo. Están diseñadas para evitar yprevenir la contaminación del suelo, aire y aguas subterráneas, como consecuencia deeventuales fugas. Son buenas prácticas las siguientes medidas:

Las diferentes calidades de dicloroetano y subproductos clorados son almacenadosen depósitos a presión atmosférica y en atmósfera de nitrógeno.

El cloruro de vinilo se almacena en depósitos o esferas, sea bajo presión a

temperatura ambiente, sea refrigerados a presión atmosférica. El cloruro de hidrógeno licuado se almacena en depósitos cerrados a presión y a

baja temperatura. En las plantas de producción de dicloroetano y de cloruro de vinilo el cloro y el

etileno se reciben normalmente por tubería.



Las unidades de carga y descarga disponen de las correspondientes conexionesque permiten mantener el equilibrio en la fase gas, tanto de los depósitos dealmacenamiento como de los recipientes a cargar o a descargar.

Las principales fuentes ocasionales de emisión de este sector son gaseosas y puedentener su origen en:

- Incidente mayor.- Válvulas de seguridad.- Paros para mantenimiento.- Aislamiento de depósitos para revisión.- Toma de muestras.- Conexiones flexibles.- Fugas por bridas, cierres de bombas, prensa estopas de válvulas.



DIAGRAMA DE BLOQUES PLANTA DE PRODUCCION CLORURO DE VINILO



VII.- UNIDADES DE PROTECCIÓN AMBIENTAL:

Las plantas de producción de dicloroetano/cloruro de vinilo normalmente están equipadascon:

- Scrubbers de emergencia para la absorción de cloruro de hidrógeno.- Condensadores y absorbedores de venteos.- Tratamiento por oxidación catalítica o térmica de gases residuales.- Columnas de stripping de agua y/o stripping por batch.- Unidades de tratamiento de aguas residuales y separación de barros.- Neutralización de efluentes.

Los residuos orgánicos normalmente se utilizan como materias primas para otros procesos(Ej. unidades de tricloretileno, tetracloruro de carbono y percloretileno), otras veces serecuperan en forma de ácido clorhídrico y vapor en la propia planta, o bien son enviadaspara su valorización al exterior.

VIII.- INSTALACIONES Y SUSTANCIAS QUÍMICAS DE SOPORTE A LAPRODUCCIÓN:

Toda una serie de sustancias químicas e instalaciones auxiliares sirven de soporte a laproducción de dicloroetano y cloruro de vinilo. A título recordatorio se pueden citar lossiguientes:

Agua para lavado del dicloroetano bruto. Hidróxido sódico para lavado del dicloroetano bruto y el cloruro de vinilo. Cloruro férrico como catalizador en el proceso de cloración. Cloruro de cobre como catalizador en el proceso de oxicloración. Disolvente orgánico para eliminar las trazas de dicloroetano en el gas restante de la

oxicloración tras su condensación. Hidrógeno en la hidrogenación del acetileno. Ácido clorhídrico Scrubber de abatimiento del cloruro de hidrógeno, en caso de parada repentina y

sin preaviso del proceso de oxicloración. Agentes antiincrustantes para hervidores. Nitrógeno para inertización. Aire y vapor para decoquización de los hornos. Vapor y aire para operaciones de stripping. Agua oxigenada para el tratamiento de efluentes.



IX.- ENERGÍA:

El proceso global de producción de dicloroetano y cloruro de vinilo, consume muy pocaenergía. A continuación, se detallan algunas medidas que permiten optimizar el consumoenergético:

Recuperación del calor de los gases de combustión en los hornos de pirolisis.

Recuperación del calor de los gases de proceso en la pirolisis.

Producción de vapor en el sector de oxicloración (recuperación del calor de

reacción).

En la cloración a alta temperatura recuperación del calor de reacción.

Recuperación del calor de oxidación a alta temperatura o catalítica de los venteos

gaseosos.

Recuperación del calor de oxidación a alta temperatura de los componentes ligeros

y los componentes pesados.



X.- CONCLUSIONES:

El Cloruro de Vinilo por ser la materia prima para la obtención del PVC en sumayoría y además esta teniendo una amplia aplicación en la obtención deproductos para uso industrial como para el hogar, se han optado por mejorar

continuamente el proceso productivo del Cloruro de vinilo siendo uno forma deobtención a sus inicios a partir de acetileno y al transcurrir los años a partir deetileno que es una materia prima mas barata (actualidad).

La exposición a Cloruro de Vinilo en las personas produce enfermedades entre lamás resaltante tenemos: angiosarcoma (cáncer de hígado).

Los límites aceptables a la exposición al Cloruro de Vinilo en un periódo de 15minutos es de 5ppm , y en un período de 8 horas es de 1ppm.



BIBLIOGRAFÍA:

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K.Weissermel/H.-J.Arpe. Química Orgánica Industrial. Editorial Reverté. Pag.204

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