Diseño Reactor Lecho Fluido

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales

Diseño de un Reactor de Lecho Fijo Catalítico utilizado en el proceso de fabricación de anhídrido ftálico. |

Diseño de Reactores Químicos
Ingeniería Industrial

Introducción
El anhídrido ftálico es un producto químico importante en la industria química moderna puesto que su fabricación es el pasoprevio en la síntesis de los ftalatos, aditivos conocidos por sus propiedades plastificantes en la industria de los plásticos. Se obtiene mediante la reacción de oxidación del o-xileno, obteniéndose como productos secundarios, dióxido de carbono y agua:
o-xileno + O2 anhídrido ftálico + CO2 + H2O
El o-xileno (C8H10) se obtiene a partir del Benceno. Según la posición relativa de los gruposmetilo en el anillo bencénico, se diferencia entre orto-, meta-, o para- xileno (o con sus nombres sistemáticos 1,2-; 1,3-; y 1,4-dimetilbenceno). Se trata de líquidos incoloros e inflamables con un característico olor parecido al tolueno.

Figura 1: Molécula de o-xileno
Los xilenos se encuentran en los gases de coque, en los gases obtenidos en la destilación seca de la madera (de allí sunombre: xilon significa madera en griego) y en algunos petróleos. Tienen muy buen comportamiento a la hora de su combustión en un motor de gasolina y por esto se intenta aumentar su contenido en procesos de reformado catalítico.
Los xilenos son buenos disolventes y se usan como tales. Además forman parte de muchas formulaciones de combustibles de gasolina donde destacan por su elevado índice octano. Enquímica orgánica son importantes productos de partida en la obtención de los ácidos ftálicos que se sintetizan por oxidación catalítica.
El anhídrido ftálico es un compuesto orgánico con la fórmula C6H4 (CO) 2O. Es el anhídrido de ácido ftálico. Este sólido incoloro es un producto químico industrial importante, especialmente para la producción a gran escala de plastificantes para plásticos. En el año2000, el volumen de la producción mundial de variedad de anhídrido ftálico se estima en alrededor de 3.232.000 toneladas al año.

Figura 2: Molécula de anhídrido ftálico
El anhídrido ftálico se descubrió por primera vez en 1836 por Auguste Laurent. Actualmente se obtiene por oxidación catalítica de o-xileno y naftaleno (proceso de Gibbs anhídrido ftálico):
C6H4 (CH3) 2 + 3 O2 → C6H4 (CO) 2O +3 H2O
C10H8 + 4,5 O2 → C6H4 (CO) 2O + 2 H2O CO2 + 2
Al separar el anhídrido ftálico a partir de subproductos tales como el anhídrido o-xileno en agua, se requieren una serie de "condensadores de conmutación. El anhídrido ftálico se puede preparar también a partir de ácido ftálico.
El anhídrido ftálico es un intermedio versátil en química orgánica, en parte porque es bifuncional. Se somete ahidrólisis y alcoholisis. La hidrólisis con agua caliente forma orto-ftálico. Este proceso es reversible: anhídrido ftálico reformado al calentar el ácido por encima de 180 ° C. La hidrólisis de anhídridos no es típicamente un proceso reversible. Sin embargo, el ácido ftálico se deshidrata con facilidad para formar anhídrido ftálico debido a la creación de un anillo de 5 miembros termodinámicamentefavorable.
Este trabajo trata el diseño de un Reactor de Lecho Fijo Catalítico (Fixed Bed Reactor o Packed Bed Reactor en la literatura anglosajona) utilizado en el proceso de fabricación de anhídrido ftálico.

1. Este es un típico caso de reactor donde se llevan a cabo reacciones múltiples. Explica las diversas reacciones químicas que el autor ha utilizado en su modelo del proceso, indicandocomo se producen los diferentes productos y subproductos que se observan en el reactor.
Las reacciones que se producen son las siguientes:
C8H10 + 302 C8H403 + 3H20
C8H10 + 10 ½ 02 8C02 + 5 H20
La oxidación de o-xileno se produce usando como catalizador V205, con buena selectividad para anhídrido ftálico, con la temperatura siempre controlada dentro de límites relativamente estrechos....