REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR
PARA LA DEFENSAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALDE LA FUERZA
ARMADA
INTEGRANTESCarruyo CarlosFusil kirbisHidrobo EdgarRodriguez
RoseylinMarin EmiliannisSnchez PaolaSanchez MariaSilva
MariangelSECCIN: 06IPEM01Maracaibo, Mayo de 2012
GENERALIDADES. OBTENCIN DE BTX A PARTIR DE NAFTA.La nafta es la
materia prima para la produccin de BTX, la reformacin cataltica de
estas se lleva a cabo en reactores catalticos, los catalizadores
empleados son a base de Pt o Pt-Rh, este proceso se realiza
principalmente para elevar el octanaje de las gasolinas, sin
embargo, tambin se utiliza como lnea de proceso para la obtencin de
BTX, el efluente de los reactores catalticos es una mezcla de
aromticos, de la cual se separa por destilacin el butano y los
molculas ms ligeras. El resto se somete al proceso de separacin por
extraccin lquido lquido para lo cual se utiliza un disolvente
(generalmente, etilenglicol o dietilenglico) que disuelve a los
aromticos y los separa de las parafinas y naftenos (compuestos no
aromticos). En seguida por destilacin se recupera el disolvente,
quedando los BTX, los cuales se pasan a torres de destilacin y por
diferencia en puntos de ebullicin se separan el Benceno, Tolueno y
la mezcla de XilenosDIGRAMA DE OBTENCIN DE BTX A PARTIR DE
NAFTA.
BENCENO.El benceno es un hidrocarburo aromtico de frmula
molecular C6H6, (originariamente a l y sus derivados se le
denominaban compuestos aromticos debido al olor caracterstico que
poseen). A temperatura ambiente, el Benceno es un lquido incoloro o
amarillo claro con olor dulce y aromtico. Es altamente inflamable.
Se volatiliza muy rpido en el aire y se disuelve poco en agua por
sus caractersticas no polares, aunque es muy soluble en la mayora
de solventes orgnicos. Debido a su volatilidad, puede esparcirse
por el aire hasta cualquier fuente de ignicin distante.
En el benceno cada tomo de carbono ocupa el vrtice de un hexgono
regular, aparentemente tres de las cuatro valencias de los tomos de
carbono se utilizan para unir tomos de carbono contiguos entre s, y
la cuarta valencia con un tomo de hidrgeno. Segn las teoras
modernas sobre los enlaces qumicos, tres de los cuatro electrones
de la capa de valencia del tomo de carbono se utilizan directamente
para formar los enlaces covalentes tpicos (2C-C y C-H) y el cuarto
se comparte con los de los otros cinco tomos de carbono,
obtenindose lo que se denomina "la nube (pi)" que contiene en
diversos orbitales los seis electrones. El benceno es un lquido
incoloro y muy inflamable de aroma dulce (que debe manejarse con
sumo cuidado debido a su carcter cancergeno), con un punto de fusin
relativamente alto.El benceno se usa en grandes cantidades en los
Estados Unidos. Se encuentra en la lista de los 20 productos
qumicos de mayor volumen de produccin. Algunas industrias usan el
benceno como punto de partida para manufacturar otros productos
qumicos usados en la fabricacin de plsticos, resinas, niln y fibras
sintticas como lo es el kevlar y en ciertos polmeros. Tambin se usa
benceno para hacer ciertos tipos de gomas, lubricantes, tinturas,
detergentes, medicamentos y pesticidas. Los volcanes e incendios
forestales constituyen fuentes naturales de benceno. El benceno es
tambin un componente natural del petrleo crudo, gasolina, el humo
de cigarrillo y otros materiales orgnicos que sean quemados.EFECTOS
EN LA SALUD. Puede causar cncer. Produce efectos nocivos en la
mdula sea. El Benceno tambin puede producir hemorragias y dao al
sistema inmunolgico, aumentando as las posibilidades de contraer
infecciones. PROPIEDADES DEL BENCENO. Benceno
Frmula semidesarrolladaC6H6
Masa molar78.1121 g/mol
Densidad878.6 kg/m3; 0,8786 g/cm3
Punto de fusin278,6K (5C)
Punto de ebullicin353,2K (80C)
Estado de agregacinLquido
AparienciaIncoloro
Solubilidad en agua1.79
Punto de inflamabilidad262K (-11C)
Temperatura de autoignicin 834K (561C)
Solubilidad: miscible con alcohol, ter, acetona, tetracloruro de
carbono, disulfuro de carbono, cido actico y ligeramente soluble en
agua.
RESONANCIA DEL BENCENO.La representacin de los tres dobles
enlaces se debe a Friedrich Kekul, quien adems fue el descubridor
de la estructura anular de dicho compuesto y el primero que lo
represent de esa manera.
Normalmente se representa como un hexgono regular con un crculo
inscrito para hacer notar que los tres dobles enlaces del benceno
estn deslocalizados, disociados y estabilizados por resonancia. Es
decir, no "funcionan" como un doble enlace normal sino que al estar
alternados, esto es, uno s y uno no, proporcionan a la molcula sus
caractersticas tan especiales. Cada carbono presenta en el benceno
hibridacin sp2. Estos hbridos se usarn tanto para formar los
enlaces entre carbonos como los enlaces entre los carbonos y los
hidrgenos. Cada carbono presenta adems un orbital Pz adicional
perpendicular al plano molecular y con un electrn alojado en su
interior, que se usar para formar enlaces pi.PROCEDENCIA Y
APLICACIONES. Aplicaciones:En la industria qumica, el benceno puro
es la base ms importante para los productos aromticos intermedios,
as como para los compuestos del grupo de los cicloalifticos. En
base al benceno se elaboran material plstico, caucho sinttico,
colorantes, pinturas, barnices, resinas, materias primas para
detergentes y plaguicidas. Procedencia/fabricacin:El benceno se
presenta en la naturaleza en cantidades exiguas y en bajas
concentraciones. Es parte constitutiva del petrleo crudo (Max. 0,4
g/l). El benceno se fabrica y procesa a nivel industrial como
benceno puro. Normalmente se obtiene a partir del petrleo crudo. La
nafta o gasolina comn contiene entre 12 y 16 g/l de benceno y la
nafta o gasolina especial (Super), hasta 24 g/l de benceno.
COMPORTAMIENTO EN EL MEDIO AMBIENTE Agua:Es muy voltil: el
tiempo medio de evaporacin oscila entre 2,7 y 5 h (4,8 h en un
cuerpo de agua de 1 metro de profundidad, a 25 C). Aire:El benceno
es un moderado generador de smog. Reacciona rpidamente con
radicales oxhidrilos, de cuya concentracin depende su permanencia
en la atmsfera, la que oscila entre unas horas y varios das. El
efecto de "deslave" al ser arrastrado por las precipitaciones slo
lo elimina transitoriamente de la atmsfera, puesto que vuelve a
evaporarse rpidamente de las superficies en que se deposita, ya
sean stas acuticas o terrestres. Suelo:Debido a su extrema
volatilidad, los estratos superiores del suelo pierden
considerables cantidades de esta sustancia, la que va a la
atmsfera; en estratos ms profundos del suelo, el benceno es
relativamente mvil y puede infiltrarse, arrastrado por el agua,
hasta las napas subterrneas; se acumula tambin en los lodos de
clarificacin.PRINCIPALES REACCIONES. Halogenacin.El cloro y el
bromo dan derivados por sustitucin de uno o ms hidrgenos del
benceno, que reciben el nombre de haluros de arilo.C6H6 + Cl2
C6H5Cl (Clorobenceno) + HClC6H6 + Br2 C6H5Br (Bromobenceno) + HBr
Sulfonacin.Cuando los hidrocarburos bencnicos se tratan con cido
sulfrico concentrado, que es una mezcla de (H2SO4) y (SO3), se
forman compuestos caractersticos que reciben el nombre cidos
sulfnicos. El electrfilo que reacciona puede ser HSO3+ o SO3. Es la
nica reaccin reversible de las que estamos considerando.C6H6 +
HOSO3H (SO3) C6H5SO3H (cido bencenosulfnico) + H2O Nitracin.El cido
ntrico fumante o una mezcla de cidos ntrico y sulfrico, denominada
mezcla sulfontrica, (una parte de cido ntrico y tres de sulfrico),
produce derivados nitrados, por sustitucin. El cido sulfrico
protona al cido ntrico que se transforma en el ion nitronio
positivo (NO2+) que es el agente nitrante efectivo:C6H6 + HONO2
(H2SO4) C6H5NO2 (Nitrobenceno) + H2O
Diagrama del Proceso de Produccin del benceno
DIGRAMA DE FLUJO DE BLOQUES PARA LA PRODUCCIN DE BENCENO.
TOLUENO.El tolueno o metilbenceno, (C6H5CH3) es la materia prima
a partir de la cual se obtienen derivados del benceno, el cido
benzoico, el fenol, la caprolactama, la sacarina, el TDI
(diisocianato de tolueno) materia prima para la elaboracin de
poliuretano, medicamentos, colorantes, perfumes, TNT y detergentes.
A temperatura y presin ambiente el Tolueno es un Lquido
transparente, voltil e inflamable que forma mezclas explosivas con
el aire. Es un hidrocarburo de la serie aromtica. Posee olor dulce
e irritante caracterstico en compuestos con anillos bencnicos.
|
PROPIEDADES DEL TOLUENO.Tolueno
Frmula semidesarrolladaC6H5CH3
Estado Fsico Lquido
Masa molar 92,14 g/mol
Densidad866.9 kg/m3; 0.8669 g/cm3
Punto de fusin178K (-95C)
Punto de ebullicin383,8K (111C)
Solubilidad en agua0.05 g/mL
Punto de inflamabilidad277K (4C)
Temperatura de autoignicin873K (600C)
Es insoluble en agua y soluble en alcohol, benceno y ter.
Inflamable, con lmites de explosin en el aire de 1.27% a 7.0 %.
SINTESIS.Existe en forma natural en el petrleo crudo y en el
rbol tol. Tambin se produce durante la manufactura de gasolina y de
otros combustibles a partir de petrleo crudo y en la manufactura de
coque a partir de carbn. Tambin est presente en el humo de los
cigarrillos.Qumicamente se genera en la ciclodehidrogenacin del
n-heptano en presencia de catalizadores y pasando por el
metilheptano. Adems se obtiene como subproducto en la generacin de
etileno y de propeno. Es un metilbencenoLa produccin anual de
tolueno mundialmente es de 5 a 10 millones de
toneladas.APLICACIONES.El tolueno se adiciona a los combustibles
(como antidetonante) y como disolvente para pinturas,
revestimientos, caucho, resinas, diluyente en lacas
nitro-celulsicas y en adhesivos.El tolueno es el producto de
partida en la sntesis del TNT (2, 4,6-trinitrotolueno), un conocido
explosivo. De igual modo, el tolueno es un disolvente ampliamente
utilizado en sntesis, tambin se puede utilizar en la fabricacin de
colorantes
EFECTOS EN LA SALUD Y TOXICIDAD. Puede causar cncer Nocivo por
ingestin Fcilmente inflamable Nocivo por inhalacin
El tolueno es una sustancia nociva aunque su toxicidad es muy
inferior a la del benceno. Los epxidos generados en la oxidacin del
anillo aromtico (y al que se atribuye el poder cancergeno del
benceno) slo se forman en una proporcin inferior al 5%.El cuerpo
elimina el tolueno en forma de cido benzoico y cido hiprico.El
tolueno puede afectar al sistema nervioso. Niveles bajos o
moderados pueden producir cansancio, confusin, debilidad, prdida de
la memoria, nusea, prdida del apetito y prdida de la audicin y la
vista. Estos sntomas generalmente desaparecen cuando la exposicin
termina.El Tolueno inhalado se adsorbe en pulmones y se trasporta
por la sangre a otros tejidos y rganos, es absorbido en el tracto
digestivo, se acumula rpidamente en el cerebro. Subsecuentemente se
acumula en tejido adiposo en donde se retiene en altos niveles de
concentracin.Los vapores de tolueno presentan un ligero efecto
narctico e irritan los ojos. Inhalar niveles altos de tolueno
durante un perodo breve puede hacer que uno se sienta mareado o
sooliento. Puede causar, adems, prdida del conocimiento y, en casos
extremos, la muerte.La concentracin mxima permitida de los vapores
del tolueno en los lugares de trabajo es de 50 ppm (partes por
milln) (192 mg/m).El tolueno es biodegradable, hecho que se
aprovecha por ejemplo en los biofiltros para la eliminacin de sus
vapores. El Tolueno puede ser incorporado por peces y mariscos,
plantas y animales que viven en aguas que contienen Tolueno, pero
no se encuentran o acumulan en altos niveles por que la mayora de
estos organismos pueden degradar al Tolueno a otros productos que
luego excretan. Sin embargo presenta una cierta toxicidad sobre la
vida acutica. Se han encontrado pequeas cantidades de Tolueno en el
humo de tabaco.REACTIVIDAD.En condiciones normales es estable. Con
oxidantes fuertes, por ejemplo, una disolucin cida de permanganato
potsico, (KMnO4) el grupo metilo es oxidado pasando por productos
intermedios como el alcohol benclico y el benzaldehdo para dar,
finalmente, cido benzoico. La misma reaccin se puede llevar a cabo
de forma cataltica con oxgeno como oxidante o mediante xidos de
nitrgeno en fase de vapor.Adems, el grupo metil puede ser atacado
por reactivos radicalarios como el bromo. Esta sustitucin en el
grupo alqulico es favorecida por irradiacin y/o elevadas
temperaturas. Generalmente, esta reaccin, se realiza en el
laboratorio calentando a reflujo al lado de una bombilla de
potencia suficiente y aadiendo lentamente bromo elemental. En esta
reaccin se libera adems cido bromhdrico como subproducto. Segn la
cantidad de bromo empleado se puede obtener el bromuro de bencilo,
el dibromometilbenceno o el tribromometilbenceno.El anillo fenlico
es atacado preferentemente por electrfilos, preferente en posicin 2
y 4 al grupo metilo. As se obtiene con una mezcla de cido ntrico y
cido sulfrico, segn las condiciones, el 4-nitrotolueno, el
2,4-dinitrotolueno el 2, 4,6-trinitrotolueno. Con el bromo se
consigue una sustitucin del anillo fenlico en fro y en presencia de
un catalizador (generalmente un cido de Lewis como el tribromuro de
hierro FeBr3).PRINCIPALES REACCIONES.
Diagrama del Proceso Completo de Produccin del benceno
HIDRODEALQUILACIN DEL TOLUENO La reaccin principal:C6H5-CH3+H2
C6H6 + CH4 H298 = - 50 kJ/mol (-105 kJ/mol para el xileno). Las
reacciones laterales ms importantes son: (a) Formacin de aromticos
pesados (difenil). (b) Hidrogenacin del anillo del benceno y su
destruccin con la produccin de metano. (e) Descomposicin de
parafinas y naftenos a metano. (d) Formacin del Carbn Se han
desarrollado diversos procesos que permiten reformar una corriente
aromtica obtenida del cracking cataltico, dentro de las sustancias
a reformarse se incluyen el tolueno, los xilenos y alquilbencenos.
Los procesos son de dos tipos, cataltica y trmica Sin embargo,
aparte de las condiciones en que opera, sus diagramas de flujos son
idnticos. Un esquema simplificado puede describir slo el proceso de
dealquilacin, y otra versin ms detallada incluye el pre-tratamiento
del corte de pirlisis de C5+.
Dealquilacin con vapor Proceso TrmicoLos procesos de
dealquilacin son grandes consumidores de hidrgeno. Muchas
investigaciones estado dirigiendo a la posibilidad de reemplazarlo
por vapor segn la reaccin principal siguiente que ocurrira en la
presencia de un catalizador basados en metales preciosos sobre
almina alrededor de 500 a 55OC, l a 0.5x106 Pa absoluto: C6H5CH3 +
2H20 C6H6 + CO2 + 3H2 La reaccin tambin produce monxido de carbono
que es el resultado del equilibrio entre el anhdrido carbnico e
hidrgeno. Cintica Dealquilacin Trmica en ausencia de H2: Reaccin
homognea de primer orden con energa de activacin de 77500 cal/mol.
Dealquilacin Trmica en presencia de H2: Reaccin de primer orden con
energa de activacin de 50000 cal/mol. Dealquilacin cataltica: se
lleva a cabo en presencia de H2,es de primer orden con respecto al
hidrocarburo y de orden medio con respecto al H2 y tiene una energa
de activacin de 35400 cal/mol.
CATALIZADORES.El tipo de catalizador que se emplea
comercialmente para la dealquilacin no se ha dado a conocer, pero
se conoce que este tipo de reacciones se cataliza por cidos. Aunque
patentes recientes indican que el catalizador es probablemente
almina-slica almina crmita, que puede estar activada con pequeas
cantidades de cloruro.DISMUTACIN DE TOLUENO.Si los trimetilbencenos
tambin estn presentes en la alimentacin, la reaccin de
trans-alquilacin siguiente ocurre simultneamente:C6H5-CH3 +
C6H3(CH3)3 2C6H4(CH3)2Esta conversin puede controlarse para ajustar
la proporcin de benceno y xilenos introducidos con aromticos de C9
que se separan durante el tratamiento del corte de C8. Aunque el
hidrgeno no es ningn requisito teoricamente, su presencia limita
formacin de coque, sobre todo para los procesos de fase de vapor.
En estos el coque se deposita en el catalizador y requiere la
regeneracin que funciona en ciclos.Algunos las reacciones laterales
pueden tener lugar:(a) Dealquilacin del tolueno a benceno y
metano.(b) Dismutacin de xilenos a tolueno, si el volumen C9
aromtico es inicialmente bajo. c) Dismutacin del trimetilbenceno a
xileno.DISMUTACIN DE TOLUENO EN FASE VAPOR.Estos procesos son
Richfield Atlntica (ARCO) el "xylene plus" el proceso, oper desde
1968 en Houston, Texas, y el Tatoray de Rayn Toyo process,
patentado con la ayuda de UOP.En la tcnica de Arco, la conversin
tiene lugar en la ausencia de hidrgeno, a una presin cerca de la
atmosfrica las condiciones (0.2. 106 Pa absoluto) y una temperatura
que sube gradualmente durante el proceso de 480a 520C. En el
proceso de Tatoray, el H2 en relacin al hidrocarburo de entrada del
reactor est entre 5 y 20, y la concentracin de hidrgeno en los
gases del reciclo es mayor que 70 por ciento en volumen En estas
dos versiones, el esquema de flujo de conversin (Fig.4.25)
DISMUTACIN DE TOLUENO EN FASE LIQUIDA.Se utilizan zeolitas con
ciertas propiedades para tratar los aromticos. Mobil Chemical usa
como catalizadores (AP) para promover la reaccin de dismutacin a
benceno opera a condiciones moderadas, la conversin tiene lugar en
fase lquida, en ausencia de hidrgeno, a una presin de 4.5x106 Pa
absoluto, y una temperatura que se eleva progresivamente con el
tiempo de 260 a 315C, para mantener la actividad del catalizadorEl
sistema utiliza un catalizador un zeolita de ZSM5, tiene una vida
til de 1.5 aos. No son frecuentes las regeneraciones del intermedio
por la combustin controlada para quitar los depsitos de coque
formados. El principio del esquema es similar a aqullas tcnicas en
fase vapor. El rendimiento de los aromticos es mayor que 95 por
ciento molar.DATOS ECONOMICOS.La dismutacin del tolueno es similar
a la hidrodealquilacin desde los puntos de vista tcnicos y
econmicos. Ofrece las siguientes ventajas:(a) la produccin
Simultnea y flexible de benceno y xilenos.(b) Los rendimientos de
aromticos ms altos(e) Ningn o Poco consumo de hidrgeno bajo (la
inversin y gasto de energa bajos).(d) Temperatura y presin
moderadas Por otro lado, presenta las siguientes desventajas:(a)
Recirculacin de volmenes grandes de tolueno no convertido, la
inversin creciente.(b) Tren de separacin ms complejoPRINCIPALES
DERIVADOS DEL TOLUENO. Los principales derivados del tolueno se
resumen en el cuadro siguiente:
Los usos principales de los derivados del tolueno son los
siguientes: cido benzoico. Este producto se usa para condimentar el
tabaco, para hacer pastas dentfricas, como germicida en medicina y
como intermediario en la fabricacin de plastificantes y resinas.
Las sales de sodio del cido benzoico se emplean en la industria
alimenticia para preservar productos enlatados y refrescos de
frutas. Benzaldehdo. El benzaldehdo se usa como solvente de
aceites, resinas, y de varios steres y teres celulsicos. Pero este
producto tambin es ingrediente en los saborizantes de la industria
alimenticia, y en la fabricacin de perfumes. Cloruro de bencilo. El
cloruro de bencilo sirve principalmente para fabricar el alcohol
benclico. Este alcohol tiene mltiples aplicaciones de gran
utilidad, tales como la fabricacin de acetato de bencilo usado como
perfume de bajo costo en la fabricacin de jabones. El alcohol
benclico tambin sirve para la obtencin del cido fenilactico que es
la base para la produccin de la penicilina G y otros productos
farmacuticos como la anfetamina y el fenobarbital.
PERSONAS EXPUESTAS.