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• Frank Canales

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS Instituto Politécnico Nacional Primer Examen del curso: diseño Básico de Procesos EXAMEN A Nombre____________________________________________________________Grupo___________________Marzo 2018

En el proceso de fabricación del fenol a partir del cumeno primero ocurre la oxidación del cumeno (CUM) burbujeando aire en exceso (20 % exceso) al reactor para formar hidroperóxido de cumeno (HPC). El efluente líquido del reactor pasa a otro reactor de ruptura en donde el HPC se descompone en fenol y acetona. La última sección del proceso a la salida del reactor de ruptura contiene un tren de separadores. Las reacciones en los reactores son: Reactor de oxidación T=130 °C y P=14 atm Cumeno + O2  HPC Cumeno + ½ O2  ADMB ADMB  ACFN + metano

Reactor de ruptura T=70°C y P=600 mm Hg. HPC  fenol + acetona

ADMB  α- MS + agua

La conversión del CUM es de 60% con selectividad HPC/Cumeno de 0.70, la selectividad ADMB/Cumeno es 0.15 = selectividad ACFN/Cumeno. El CH4 formado sale con el aire. En el reactor de ruptura se usa ácido sulfúrico muy diluido como catalizador, la conversión del HPC es 0.90 mientras que el ADMB se convierte totalmente. En el tren de separadores la α-MS y el cumeno se reciclan juntos y al pasar por un reactor de hidrogenación la α-MS se convierte completamente a cumeno. a) (2 puntos) Dibuje el diagrama del proceso con los separadores, indique los nombres de los equipos y corrientes. b) (6 puntos) Calcule los flujos en kmol/hr de las corrientes de entrada y salida del proceso (no incluir los cálculos del N2 ni H2) para una producción de 15,040 ton/año de fenol. Suponga que la planta opera 8,000 hr/año. C) (2 puntos) Compruebe que la masa (kg/hr) a la entrada del proceso es igual a la de la salida. Componente Cumeno, C6H5-CH(CH3)2 Hidroperóxido de cumeno, HPC, C6H5(CH3-COO-CH3) Alcohol dimetil benzoico, ADMB, C6H5(CH3-COH-CH3) Acetofenona, ACFN, C6H5(C=O-CH3) Metano, CH4 Fenol, C6H5(OH) Acetona, CH3 –CO- CH3 α-metil estireno, α- MS C6H5(CH2=C-CH3) Oxígeno Tolueno, C6H5(CH3) Ácido Benzoico, ACBEN, C6H5COOH Agua

Precio, Teb, P.M. $/kmol K Inflamabilidad Salud 7.2 120.19 426 3 2 5.4 152.2 443 1 4 7.3 121.3 608 2 3 3.7 135.12 475 2 2 16.043 112 4 1 14.3 94.113 455 4 2 54.08 4.82 329 3 2 4.11 118.2 438 2 2 32 90 4 0 92.14 6.1 384 2 2 122.124 4.5 523 2 2 18.015 373 0 0

Reactividad 1 1 1 0 0 0 0 1 4 0 0 0

Otro proceso de fabricación de fenol usa tolueno como materia prima el cual es oxidado parcialmente con aire para formar ácido benzoico (ACBEN) empleando un catalizador de cobalto. El ACBEN es oxidado completamente con aire usando cobre como catalizador. Las reacciones en los reactores son: Reactor de oxidación parcial Reactor de oxidación final T=140 °C y P=4 atm T=240°C y P=12 atm Tolueno + 3/2 O2  ACBEN ACBEN + ½ O2  fenol + CO2

Por un punto extra, explique y compruebe cual ruta es la más conveniente desde el punto de vista de rentabilidad, toxicidad y otros factores que considere importantes.