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• Frank Canales

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS Instituto Politécnico Nacional Primer Examen Departamental del curso Diseño Básico de Procesos Examen B Nombre________________________________________________________Grupo________________Marzo, 2018. 1. El ácido tereftálico (AT), se obtiene haciendo reaccionar oxigeno y para-xileno (PX) a 120 ºC y 15 bar de presión. Los principales subproductos son p-aldehído tolúico (PAT), ácido p-tolúico (APT) y trazas de 4-carboxil benzaldehído (4-CBA). El PX se alimenta en una solución acuosa de ácido acético que se usa como solvente y un catalizador. Todas las reacciones son exotérmicas, las principales son:

R1:

R2:

R3:

Aire a presión a 80 ºC entra por el fondo del reactor a través de un aspersor. En la parte superior del reactor se obtiene una corriente que contiene agua, ácido acético, oxígeno y nitrógeno, esta se manda a una sección de la planta para recuperar el solvente que regresa al reactor después de agregarle un poco de ácido acético de reposición. Después los subproductos y el catalizador son removidos por su alta solubilidad en agua, con extracción líquido-líquido. Luego el catalizador se recupera de la corriente de subproductos por evaporación y se recicla al reactor. Posteriormente el PX que no reacciono y pequeñas cantidades de ácido acético se separan del AT, por cristalización del AT y se reciclan al reactor. El AT crudo pasa a una sección de acabado en la que el 4-CBA se transforma a AT por hidrogenación catalítica en solución acuosa y al recristalizar el AT se purifica eliminando el agua. La conversión del PX es de 90 %. Por cada 20 moles de PX que se convierten se obtienen 19 de AT y el resto se convierte a APT y PAT equitativamente. Por cada mol de PX alimentado al reactor se requieren 4 de oxígeno. Para una producción anual de 100,000 ton de ácido tereftálico con pureza de 99.99 %. Determine: a) El flujo anual en toneladas de materiales a la entrada y salida del proceso, considere que la planta opera 8,400 hr/año. Coloque los resultados en una tabla y compruebe el balance de materiales. (5 puntos) b) El potencial económico de acuerdo a la producción anual de AT, no considere el precio de los subproductos, solvente o catalizador. (2 punto) c) Dibuje el diagrama de bloques del proceso, indique los nombres de las especies químicas en las corrientes de entrada y salida e identifique los equipos por su función y nombre. (3 punto)

PM Teb, K (normal) Precio, $/kg

Tiempo de examen: 110 min.

p-xileno 106 411.51 0.40

Ácido tereftálico 166 Se sublima a 675 0.63

p-aldehído tolúico 120.15 -

ácido p-tolúico 136.15 473 -