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• Arturo Fidel Flores Bellido

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ESTIRENO HISTORIA

DATOS IMPORTANTES El estireno es un hidrocarburo aromático de fórmula C8H8, un anillo de benceno con un sustituyente etileno, manufacturado por la industria química. Este compuesto molecular se conoce también como vinilbenceno, etenilbenceno, cinameno o feniletileno. Es un líquido incoloro de aroma dulce que se evapora fácilmente. A menudo contiene otros productos químicos que le dan un aroma penetrante y desagradable. El estireno es apolar, y por tanto se disuelve en algunos líquidos orgánicos, pero no se disuelve muy fácilmente en agua. Se producen millones de toneladas al año para fabricar productos tales como caucho, plásticos, material aislante, cañerías, partes de automóviles, envases de alimentos y revestimiento de alfombras. La mayoría de estos productos contienen estireno en forma de una cadena larga (poliestireno), ademas de estireno sin formar cadenas. Tambien aparecen bajos niveles de estireno en diferentes alimentos, como frutas, hortalizas, nueces, bebidas y carnes.

PROPIEDADES QUIMICAS           

Líquido incoloro de aroma dulce que se evapora fácilmente. Nombre sistemático etenilbenceno Fórmula molecular C8H8 Densidad: 909,00 kg/m³ Masa molar: 104,15 g/mol Número CAS 100-42-5 Punto de fusión -30 °C Punto de ebullición a temperatura normal: 145ºC. Solubilidad: Prácticamente insoluble en agua (1%), y soluble en algunos líquidos. Densidad: 0.909 g/cm³, en agua Viscosidad 0,762 cP a 20 °C

INTRODUCCION 1 Estireno, hidrocarburo (compuesto constituido solo por hidrogeno y carbono) líquido, importante para la producción del poliestireno. Su fórmula es C6H5CH=CH2. Consiste en una molécula de eteno (CH2=CH2) en la que uno de los hidrógenos ha sido reemplazado por un grupo fenilo (C6H5-); se conserva el doble enlace carbono-carbono del eteno. Este doble enlace es un área rica en electrones que hace que la molécula sea especialmente reactiva. El grupo fenilo se describe como aromático: posee un anillo simétrico hexagonal de átomos de carbono que contiene un tipo de enlace especial que le confiere una estabilidad inusual. El estireno da lugar a la mayoría de las reacciones del eteno, en particular, las reacciones de adición en las que se rompe el doble enlace y los reactivos se unen a los átomos que lo formaban. El estireno funde a -30,5 °C y hierve a 145,15 °C. Se obtiene a partir del benceno (C6H6). Industrialmente, la aplicación más importante del estireno es como producto de partida del poliestireno, que es el resultado de su polimerización. La manufactura del Estireno se realiza principalmente por el método de la deshidrogenación del etilbenceno. Este proceso es simple en concepto: C6H5CH2CH3

C6H5CHCH2 + H2

La deshidrogenación del etilbenceno a estireno toma lugar con un catalizador de óxido de hierro y otro de óxido de potasio, en un reactor de lecho fijo a una temperatura entre 550 – 680 °C en presencia de vapor y a baja presión ( 0.41 Ata), dado que bajas presiones favorecen el avance de la reacción. Los principales subproductos que se obtienen en el reactor de deshidrogenación son tolueno y benceno. La figura muestra una típica unidad de deshidrogenación. El etilbenceno y el reciclado de etilbenceno es combinado con vapor y precalentado por intercambiador de calor con el producto a la salida del reactor. Antes de entrar el reactor se mezcla con más vapor que sale de un sobrecalentador que eleva la temperatura del vapor a 800°C.

Esta mezcla es alimentada a los reactores donde se produce la reacción. El efluente del reactor pasa por un intercambiador de calor donde es refrigerado. El condensado es separado en gas de venteo (mayormente hidrógeno), agua de proceso y fase orgánica. El gas de venteo es removido por un compresor para ser usado como combustible o para recuperación de hidrógeno. El agua de proceso es separada de materiales orgánicos y reutilizada. La fase orgánica es bombeada con inhibidores de polimerización a un tren de destilación.

A: Sobrecalentador B: Reactor C: Intercambiador D: Condensador E: Tambor En el tren de destilación los subproductos benceno y tolueno son recuperados en la parte superior de la columna benceno-tolueno. Las colas de la columna benceno tolueno son destiladas en una columna de reciclado del etilbenceno donde se efectúa la separación del etilbenceno del estireno. El etilbenceno que contiene por encima de un 3% de estireno es conducido a la sección de deshidrogenación donde es reciclado. Las colas que contienen estireno, subproductos más pesados que el estireno, polímeros, inhibidor y por encima de 1000 ppm de etilbenceno son bombeados a la columna de acabado de estireno. El producto que sale de la parte superior de la columna de destilación es estireno puro.

Las colas son procesadas en un sistema de recuperación de residuos (destilación flash o una columna pequeña de destilación) para separarlo de los productos pesados, polímeros e inhibidor. El residuo es usado como combustible.

INTRODUCCION 2 El estireno es producido predominantemente por etilbenceno (EB). El EB es obtenido primeramente por la alquilación catalítica del benceno con etileno, utilizando cloruro de aluminio o, más recientemente, catalizadores de zeolita. La reacción puede llevarse a cabo en fases, ya sea vapor o líquido (ver química informe de inteligencia en etilbenceno). El EB se deshidrogena a estireno en presencia de vapor de agua sobre óxidos de hierro-cromo o catalizadores de óxido de zinc utilizando ya sea adiabático de lecho múltiple o reactores tubulares isotérmicos. Generalmente, se prefiere deshidrogenación adiabático en múltiples reactores de lecho, pero se utilizan ambos métodos. Shell ha desarrollado un método de calentamiento directo que se demanda para reducir los costos de inversión y operación. La coproducción de estireno con óxido de propileno mediante el proceso de OP / SM había ido ganando popularidad con esta ruta empleada por LyondellBasell, Shell / Seraya, Repsol y Ellba. En este proceso, EB se oxida a su hidroperóxido, que se hace reaccionar a continuación con propileno para producir óxido de propileno y alcohol bencílico metilo. El último producto es entonces deshidratada a estireno. La popularidad de la ruta de OP / SM con los productores de PO, en comparación con el proceso de clorhidrina convencional, se ha atribuido a una mejor economía del proceso y perspectivas ambientales. Alrededor del 20% de la producción de estireno se basa en la tecnología de OP / SM. Sin

embargo, los nuevos procesos para hacer PO sin la co-producto de estireno se están desarrollando y que se espera que el favor más de la ruta de OP / SM. Dow Chemical y Snamprogetti están desarrollando un proceso para la fabricación de etilbenceno / estireno a partir de etano y benceno. El proceso combina la deshidrogenación de etano y etilbenceno en una unidad y se integra los procesos para la preparación de etileno, etilbenceno y estireno. Este proceso se afirmó tener costos más bajos que la vía convencional a estireno, en gran parte derivada de la de bajo costo de etano en relación al etileno. Una planta piloto ha estado operando desde 2002 y la comercialización podría ser posible para fines de la década. Exelus, el Livingston, Nueva Jersey, organización de investigación, ha probado en el laboratorio un proceso de estireno basado en la alquilación de tolueno con metanol. Afirma que el nuevo proceso reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y reducir los costos de materia prima. Las pruebas a largo plazo y el desarrollo del catalizador está continuando. La investigación está financiada conjuntamente por el Departamento de Energía de EE.UU. y la Comisión de Nueva Jersey de Ciencia y Tecnología.

INTRODUCCION 3 DATOS IMPORTANTES DEL ESTIRENO El estireno es un producto químico líquido que se utiliza para la fabricación de una amplia gama de productos en dos grupos básicos: resinas de plástico y caucho sintético. Las materias primas para estireno son benceno y etileno que se produce a partir de la nafta en una planta integrada. En el grupo de plástico, el estireno se convierte en poliestireno, EPS, ABS, SAN y UPR. Estas resinas y luego ir a la electrónica de consumo, equipo de oficina, juguetes y automóviles, así como los sectores de construcción e infraestructura de empaque. El otro grupo que entra en estireno es de caucho sintético como caucho de estireno butadieno y estireno butadieno látex. Estos cauchos sintéticos se utilizan para hacer artículos como los neumáticos de automóviles y una gran cantidad de productos de caucho. El principal mercado comercial para el estireno es China, que ha estado creciendo a una tasa relativamente alta cada año. El mercado asiático estireno es impulsado lugar, con los valores de la mayoría de los contratos de plazo derivados de los precios al contado.

DATOS IMPORTANTES DEL ETILBENCENO Ethylbenzne es un producto que está hecho típicamente por alkylisation catalítica de benceno con etileno es un producto utilizado en la producción de monómero de estireno. Sin embargo, en América del Norte es principalmente un mercado cautivo dejando muy poco para el mercado comercial. Y, por supuesto, los principales impulsores de este mercado provienen de sus dos principales materias primas: etileno y benceno.

ICIS tiene un precio de contado de EE.UU. del Golfo de etilbenceno, que se calcula mediante una fórmula basada en la industria, y la información de mercado que nos reunimos de fuentes del mercado.

INTRODUCCION 4 Del monómero de estireno (SM ) del mercado es maduro, con tasas de crecimiento mundial promedio de sólo 3 a 3,5 % / año , una cifra no muy por encima del crecimiento de la economía. Pero es un gran mercado , con una demanda mundial más de 25 millones de toneladas / año , el suministro de materia prima para muchos polímeros y elastómeros importantes. Sin embargo , de estireno más grande de derivados, poliestireno ( PS) , ha sido testigo de momentos tórridos recientemente con su propio mercado en retroceso . Esto se ha debido principalmente a los altos precios de benceno y estireno, y en consecuencia PS, lo que resulta en usuarios que se cambian a otros polímeros y materiales. Como resultado , los márgenes en la cadena estirénicos han sido lamentablemente delgada , e incluso inexistente . Así que cuando un nuevo proceso que se demanda para reducir sustancialmente los costos operativos y de capital se presenta, parece casi demasiado bueno para ser verdad. Un proceso que parece cumplir con estas afirmaciones está siendo desarrollado por el Livingston , Nueva Jersey, organización de investigación de proceso con sede en EE.UU. Exelus . Llamado el proceso ExSyM , emplea tolueno y metanol materias primas para reducir los costos de operación , mientras que el proceso de un solo paso con las condiciones de funcionamiento relativamente suaves conduce a menores costos de capital . Si las pruebas de planta piloto y de demostración comercial tienen éxito, entonces el alivio podría estar en el camino para que la industria de estirénicos . " Es el momento adecuado para hacer un cambio a una nueva tecnología de estireno, " dice Mitrajit Mukherjee , presidente de Exelus . " El factor económico es el menor costo de tolueno y metanol en comparación con el benceno y el etileno en la tecnología convencional. " Tecnología de estireno convencional ha estado en uso durante unos 70 años. Se basa en un proceso de dos pasos . En primer lugar, se alquila benceno con etileno sobre un catalizador ácido sólido para hacer etilbenceno ( EB ) . En el siguiente paso , el EB se mezcla con vapor de alta temperatura próxima a 900 ° C ( 1652 ° F ) y se pasa sobre un catalizador de óxido de hierro a una temperatura en exceso de 600 ° C. El catalizador dehydrogenates la EB a estireno . Un problema con el proceso convencional es que consume una gran cantidad de energía en la segunda etapa de deshidrogenación de EB. La reacción es termodinámicamente limitada y altamente endotérmica , lo que resulta en una entrada significativa de energía . La mayoría de los avances en las tecnologías de EB y de estireno en los últimos años se han centrado en la optimización de procesos , mejoras de catalizador y mejoras de equipo. Sin embargo, importantes mejoras en el rendimiento del proceso es poco probable , y el logro de una ventaja competitiva es difícil, dice Mukherjee . Un problema más reciente para los fabricantes de estireno convencionales ha sido el alto precio de las materias primas . En particular , los precios de benceno en el último par de años han sido volátiles y han alcanzado niveles récord , haciendo la vida difícil para los productores de estireno.

El estireno también se puede fabricar como un coproducto con óxido de propileno ( PO ) por el proceso de PO / SM . En este proceso, EB se oxida a su hidroperóxido , que se hace reaccionar a continuación con propileno para producir óxido de propileno y alcohol metílico bencilo. El último producto es entonces deshidratada a estireno . Una ruta alternativa de estireno es la alquilación de la cadena lateral de tolueno , con metanol para producir estireno , hidrógeno y agua . Los investigadores han estado tratando de desarrollar esta ruta durante los últimos 30 años, pero ha sido difícil diseñar un catalizador con el rendimiento y la selectividad para hacer un proceso comercialmente viable , explica Mukherjee . Un problema era que el metanol se descompone fácilmente a hidrógeno y monóxido de carbono , que conduce a una baja selectividad . Además , el hidrógeno podría convertir el estireno a EB , dando lugar a bajos rendimientos de estireno . Esta formación de subproductos también hizo la purificación de estireno difícil . Como resultado , el rendimiento máximo de estireno alcanzado fue 10 % . Los esfuerzos anteriores para mejorar los rendimientos se han centrado en la mejora de catalizadores solamente, dice Mukherjee . " El gran avance a la mayor selectividad de estireno se ha logrado a través de una combinación de ciencia catalizador , ingeniería de reacción y el diseño del proceso ", añade . El catalizador es un material de zeolita modificada que contiene sitios activos básicos en una estructura de poros altamente optimizado . Los sitios activos se adsorben selectivamente tolueno durante metanol para limitar la descomposición de metanol . La estructura de poros facilita la difusión y tiempo de residencia de los reactivos para mejorar la alquilación de tolueno . Las mejoras en el diseño del reactor también se han concentrado en la reducción de la descomposición de metanol y la mejora de la conversión . Mejoras de proceso se han dirigido a aumentar la relación SM / EB del producto y mantener la eficiencia energética . Como resultado , Mukherjee afirma que el estireno combinado y EB selectividad de más de 90 % ha sido alcanzado a alta conversión de metanol con una distribución SM / EB de 85/15 % . Esto da un rendimiento total de estireno en exceso de 60 % , basado en metanol . En una escala de producción, la EB producido podría ser vendido a un productor de estireno convencional o deshidrogena in situ para aumentar los rendimientos de estireno. El coproducto de hidrógeno se recupera y se quema para proporcionar gran parte de la energía necesaria para operar el proceso con facilidad. Estos avances han permitido el desarrollo de un proceso simple, de lecho fijo , dice Mukherjee . La reacción se produce en alrededor de 400-425 ° C a presión atmosférica y no hay necesidad de generar grandes cantidades de vapor , que conduce a ahorros de energía reivindicados de hasta 40 % , en comparación con la ruta convencional . Las condiciones de reacción más suaves y la eliminación de la unidad de deshidrogenación de EB se reivindican para reducir los costos de capital significativamente.

Mukherjee calcula que los costos de inversión para una planta de estireno de 250.000 toneladas / año , con base en el proceso ExSyM , serían de $ 63 millones ( € 42.4M ) , en comparación con 125 millones de dólares para una unidad convencional. El uso de precios medios a largo plazo de $ 750/tonne para el benceno , $ 820/tonne de etileno, $ 580/tonne para el tolueno y $ 315/tonne para el metanol , los costos variables de operación podrían reducirse en $ 200/tonne . Una característica del proceso de ExSyM es que está configurado para parecerse a una planta de estireno convencional , permitiendo a las unidades existentes para ser adaptados . Mukherjee sostiene que la modernización de una planta de 250.000 toneladas / año con el nuevo proceso podría costar en la región de $ 10m -15m , dando un tiempo de recuperación rápido. El nuevo proceso también reduce la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero , en particular el metano y el dióxido de carbono. Esto ha permitido a la investigación realizada por Exelus que será financiado en parte por subvenciones del Departamento de Energía de EE.UU. y la Comisión de Nueva Jersey de Ciencia y Tecnología . El siguiente paso en la comercialización del proceso es para las pruebas de la planta piloto para probar la estabilidad a largo plazo del catalizador . La planta piloto consta de un reactor de altura 1m para imitar la longitud del reactor de flujo radial de estireno convencional y utilizará tolueno de grado industrial y metanol . La unidad se puso en marcha en el primer trimestre de 2008 , con el objetivo de demostrar la estabilidad del catalizador de 1.000 horas. Si tiene éxito , el siguiente paso sería la demostración a escala comercial . Mukherjee revela que el plan es convertir una línea de 250.000 toneladas / año existente en un gran complejo de estireno para el nuevo proceso. Añade que el proceso debería estar listo a conceder licencias a finales de 2008 . OBTENCION QUIMICA

El estireno se obtiene a partir de etileno y benceno mediante el siguiente proceso:

El estireno se polimeriza lentamente a temperatura ambiente. Su velocidad de polimerización aumenta al aumentar la temperatura. El poliestireno es el producto resultante de la polimerización del estireno. Tiene la siguiente fórmula:

El poliestireno es un plástico económico y resistente. Exisen diferentes tipos dependiendo de la disposición espacial de los grupos fenilo (poliestireno atáctico y sindiotáctico). Asimismo existen otros tipos de poliestireno dependiendo de los aditivos utilizados en el proceso de fabricación y del proceso de fabricación en sí(poliestireno de impacto, poliestireno expandido). Además el poliestireno es la base de diversos copolímeros (estireno-acrilonitrilo). Probablemente sea el plástico más popular después del polietileno. Con el se fabrican cajas para computadoras, maquetas, juguetes, recipientes de uso industrial y doméstico, recubrimientos de paredes, revestimientos internos de refrigeradores y otros muchos objetos y componentes. El poliestireno se identifica según el sistema SPI mediante los siguientes símbolos:

BALANCE DE MASAS A continuación se muestra una sección del proceso para producir estireno a partir del de benceno y etileno. El benceno es reciclado a un reactor de alkilación y los subproductos, etilbenceno es reciclado a un reactor deshidrogenador. La corriente 2 es 28% de la corriente 1. También, 97% del etilbenceno en corriente 3 deja la columna de destilación 2 por la corriente 4. Determinar la razón de flujo y composición de la corriente 5.

Respuesta: corriente 5, 294 kg/min, benceno 0.1%, etilbenceno 1.2%, estireno 98.6%.

Dada la siguiente torre de separación de hidrocarburos del petróleo, encontrar los caudales modulares de las corrientes D1,B1,D2 y B2

Efectuando un balance de masa por componentes sobre todo el sistema se pueden plantear las siguientes ecuaciones Xileno:0.07D1+0.18B1+0.15D2+0.24B2=0.15⋅70kgmolmin=10.50kgmolminEstireno:0.04D1+0.24B1+0. 10D2+0.65B2=0.25⋅70kgmolmin=17.50kgmolminTolueno:0.54D1+0.42B1+0.54D2+0.10B2=0.40⋅70=2 8.0kgmolmin=28.0kgmolminBenceno:0.35D1+0.16B1+0.21D2+0.01B2=0.20⋅70kgmolmin=14.0kgmol min