Asignación # 1: Investigación de tecnologías de producción y mercado del producto

NITROBENCENO GRUPO # 2 ASIGNACIÓN # 1

ALBIN F. AGUIRRE CARVAJAL NATALIA GONZALEZ JONATHAN OSPINO P. SARA M. TABORDA

Profesor: HEBERTO TAPÍAS.

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE ING. QUIMICA DISEÑO I

Grupo 2: Nitrobenceno

2

NITROBENCENO 1

PERFIL DEL PRODUCTO QUÍMICO 1.1 ESPECIFICACIONES DEL PRODUCTO [1] Nombre común: Fórmula química: Estructura química:

Nitrobenceno C6H5NO2

Masa molecular relativa: Nombre CAS: Nombre IUPAC: Número de registro CAS: Sinónimos:

123.11 Nitrobenceno Nitrobenceno 98-95-3 nitrobenzol, mononitrobenzol, MNB, C.I. solvent black 6, esencia de mirbana, esencia de myrbana, aceite de mirbana, aceite de myrbana, nigrosine spirit soluble B, nitrofenol. Caswell Nº 600 Depende del uso final. Normalmente 98.0-100% Líquido amarillo pálido con un olor parecido al de las almendras amargas.

Nombre comercial: Pureza: Forma básica:

1.1.1

Especificaciones para el nitrobenceno de grado técnico [2]

Apariencia

Contenido de agua Gravedad especifica Contenido de dinitrobenceno Impurezas de bajo punto de ebullición (benceno + hidrocarburos alifáticos) Impurezas que contengan sulfuros (CS2 + nitrotiofeno + sulfuro elemental)

1.1.2

Aceite amarillo pálido con un olor característico. Este puede ser un poco turbio debido a la presencia de pequeños glóbulos de agua libre. 0.5% (máximo) 1.206 – 1.209 0.1% (máximo) 0.25% (máximo) 2.5 ppm (máximo, como sulfuro elemental)

Especificaciones para el nitrobenceno de grado destilación (aceite de mirbana) [3]

Apariencia

Rango de destilación (5 - 95 mL) Punto de cristalización Gravedad especifica (15.5 ºC) Contenido de anilina

Aceite amarillo claro y libre de agua visible y con punto de ebullición de aprox. 211 ºC. (a 760 mmHg) 0.5 ºC (máximo) 5.5 ºC (máximo) 1.208 – 1.211 0.0075% (máximo)

Grupo 2: Nitrobenceno

1.2 PROPIEDADES DEL PRODUCTO 1.2.1

Propiedades físicas Tabla 1. Propiedades físicas del nitrobenceno

Referencia Descripción general Color Gravedad específica (liq.) Punto de fusión Punto de ebullición (760 mmHg) Presión de vapor: Temperatura (ºC) Presión (mmHg) Calor de combustión Calor de vaporización Calor de fusión Gravedad especifica (vap.) Punto de ignición* Límite explosivo* Solubilidad en agua* Solubilidad en solventes orgánicos*

1.2.2

Líquido amarillo pálido con un olor parecido al de las almendras amargas. Dependiendo de la pureza del compuesto puede variar desde un amarillo pálido hasta un pardo amarillento. 1.2037 a 20 ºC 1.205 a 28 ºC 5.8 ºC 210.8 ºC 85 100 140 161 181 203 209 10 20 100 200 350 600 700 739 kcal/mol 79.1 cal/g 2.78 kcal/mol 4.25 88 ºC 1.8% vol. En aire 1900 mg/L a 20 ºC 2090 mg/L a 25 ºC Libremente soluble en etanol, benceno, acetona, éter y aceites.

[4] [4] [5] [2] [2] [2]

[2] [2] [2] [5] [2] [2] [2] [2]

Toxicidad [6,7]

Se ha identificado que el nitrobenceno es tóxico por inhalación, por ingestión y en contacto con la piel. Posee posibles efectos cancerígenos. Es tóxico, presenta riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposición prolongada por inhalación y contacto con la piel, adicionalmente es tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. Posible riesgo de perjudicar la fertilidad. Información detallada sobre límites de exposición, identificación de riesgos y posibles efectos debidos a la exposición, ya sea corta o prolongada, y sus posibles medidas de prevención, se muestran en las Tablas 2, 3 y 4.

3

4

Grupo 2: Nitrobenceno

Tabla 2. Datos importantes del Nitrobenceno [6] PELIGROS QUIMICOS VIAS DE EXPOSICION Por combustión, formación de humos corrosivos La sustancia se puede absorber por inhalación y conteniendo óxidos de nitrógeno. Reacciona a través de la piel. violentamente con oxidantes fuertes y agentes RIESGO DE INHALACION Por evaporación reductores, originando peligro de incendio y de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar explosión. Ataca a muchos plásticos. Forma bastante lentamente una concentración nociva sustancias o mezclas (inestables térmicamente) en el aire; por dispersión mucho más con muchos compuestos orgánicos e rápidamente. inorgánicos.

LIMITES DE EXPOSICION TLV (como TWA**): 1 ppm; 5 mg/m3 piel (ACGIH 1993-1994).

EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION La sustancia puede causar efectos a la sangre, dando lugar a la formación de metahemoglobina. La exposición podría causar pérdida del conocimiento. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica.

EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA La sustancia puede afectar los órganos hematopoyéticos y al hígado. La experimentación animal muestra que esta sustancia posiblemente cause efectos tóxicos en la reproducción humana. **TWA (Media ponderada por el tiempo): Representa el valor medio de exposición durante un turno de 8 horas al que un trabajador puede estar expuesto. Tabla 3. Información reglamentaria: Envasado y etiquetado [6,7] Simbología

Tóxico (T+) Frases R: 23/24/25-40-48/23/24-51/53-62 Tóxico por inhalación, por ingestión y en contacto con la piel. Posibles efectos cancerígenos. Tóxico: riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposición prolongada por inhalación y contacto con la piel. Tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. Posible riesgo de perjudicar la fertilidad.

Peligroso para medio ambiente (N) Frases S: 28b-36/37-45-61 En caso de contacto con la piel, lávese inmediata y abundantemente con agua y jabón. Úsense indumentaria y guantes de protección adecuados. En caso de accidente o malestar, acuda inmediatamente al médico (si es posible, muéstrele la etiqueta). Evítese su liberación al medio ambiente. Recábense instrucciones específicas de la ficha de datos de seguridad.

Grupo 2: Nitrobenceno

Tabla 4. Identificación de riesgos [6] PRIMEROS AUXILIOS/ LUCHA CONTRA INCENDIOS Polvo, espuma resistente al alcohol, agua pulverizada, dióxido de carbono.

TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION

PELIGROS/ SINTOMAS AGUDOS

PREVENCION

INCENDIO

Combustible.

Evitar las llamas.

EXPLOSION

Por encima de 88°C: pueden formarse mezclas explosivas vapor/aire. Riesgo de incendio y explosión (véanse Peligros Químicos).

Por encima de 88°C: sistema cerrado, ventilación.

En caso de incendio: mantener fríos los bidones y demás instalaciones rociando con agua.

¡EVITAR LA FORMACION DE NIEBLA DEL PRODUCTO! ¡HIGIENE ESTRICTA!

¡CONSULTAR AL MEDICO EN TODOS LOS CASOS!

Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.

Aire limpio, reposo y proporcionar asistencia médica.

EXPOSICION

INHALACION

Labios o uñas azulados, piel azulada, vértigo, dolor de cabeza, náuseas, debilidad, pérdida del conocimiento.

PIEL

¡PUEDE ABSORBERSE! (Para mayor información, véase Inhalación).

Guantes protectores y traje de protección.

OJOS

Gafas ajustadas de seguridad.

INGESTION

No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.

Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse y proporcionar asistencia médica. Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica. Enjuagar la boca, provocar el vómito (¡UNICAMENTE EN PERSONAS CONSCIENTES!), reposo y proporcionar asistencia médica.

5

Grupo 2: Nitrobenceno

6

1.2.3 

MANEJO Y SEGURIDAD [8]

INFLAMABILIDAD.

Punto de inflamación : 88°C

Temperatura de auto ignición : 480°C Límites de explosión (inferior/superior): 1,8 / 40 Vol.%



ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD.

Se debe almacenar separado de sustancias combustibles, reductoras, oxidantes fuertes, ácidos fuertes y alimentos y piensos.



DISPOSICIÓN DE RESIDUOS QUÍMICOS.

En general, los residuos químicos se pueden eliminar por medio de una alternativa segura, una vez que se acondicionen de forma tal que sean inocuos para el medio ambiente. Posibilidad: - Ver la posibilidad de separar o recuperar. - Los Nitrocompuestos líquidos se evaporan bajo campana de laboratorio, tomándose las precauciones del caso o se incineran en un horno de combustión autorizado. Es importante considerar para la eliminación de residuos, que se realice conforme a lo que disponga la autoridad competente respectiva, solicitándose previamente la autorización correspondiente.



EQUIPOS, MEDIDAS DE PROTECCIÓN Y/O SEGURIDAD.

 Protección respiratoria: En caso de formarse vapores/aerosoles, usar equipo respiratorio adecuado. Filtro A. FiltroNOX. FiltroP3.  Protección de las manos: Usar guantes apropiados (neopreno).  Protección de los ojos: Usar gafas apropiadas.  Medidas de higiene particulares: Quitarse las ropas contaminadas. Usar equipo de protección completo. Lavarse manos y cara antes de las pausas y al finalizar el trabajo. No inhalar la sustancia.  Controles de la exposición del medio ambiente: Cumplir con la legislación local vigente sobre protección del medio ambiente. El proveedor de los medios de protección debe especificar el tipo de protección que debe usarse para la manipulación del producto, indicando el tipo de material y, cuando proceda, el tiempo de penetración de dicho material, en relación con la cantidad y la duración de la exposición.

Grupo 2: Nitrobenceno



MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO

Manipulación: Manipular bajo campana extractora. Evitar la formación de cargas electrostáticas. Almacenamiento: Recipientes bien cerrados. En local bien ventilado. En lugar fresco. Mantener alejado de sustancias inflamables, fuentes de ignición y calor. 

INFORMACIÓN RELATIVA AL TRANSPORTE.

Terrestre (ADR): Denominación técnica: NITROBENCENO ONU 1662 Clase: 6.1 Grupo de embalaje: II (D/E) Marítimo (IMDG): Denominación técnica: NITROBENCENO ONU 1662 Clase: 6.1 Grupo de embalaje: II Aéreo (ICAO-IATA): Denominación técnica: Nitrobenceno ONU 1662 Clase: 6.1 Grupo de embalaje: II Instrucciones de embalaje: CAO 611 PAX 609

1.3 USOS DEL PRODUCTO [9, 10] El nitrobenceno se usa principalmente en la producción de anilina, pero también es usado como solvente y como ingrediente en los brilladores de metal y jabones. En Estados Unidos, aproximadamente el 97% del nitrobenceno producido es convertido a anilina, la cual se usa principalmente en la manufactura de poliuretanos. El nitrobenceno también se usa como solvente en la refinación del petróleo, como solvente en la manufactura de éteres de celulosa y acetatos de celulosa (alrededor del 1.5%), en las reacciones de Friedel-Crafts para mantener el catalizador en solución (éste disuelve el cloruro anhídrido de amonio como resultado de la formación de un complejo) y en la manufactura de dinitrobencenos y dicloroanilinas (aprox. 0.5%). También es usado en la síntesis de otros compuestos orgánicos, incluyendo acetaminofén, m-fenilendiamina y ácido metanílico. En Europa occidental, a parte del uso en la producción de anilina, también se usa en la producción de compuestos como el ácido m-Nitrobencenosulfónico, m-cloronitrobenceno, hidrazobenceno, dinitrobenceno entre otros (solventes y pegantes).

7

8

Grupo 2: Nitrobenceno

Fig. 1. Principales usos del nitrobenceno en Estados Unidos.

Fig. 2. Principales usos del nitrobenceno en Europa occidental.

Dunlap (1981) reportó que la mayoría de la producción de anilina y otros nitrobencenos sustituidos derivados del nitrobenceno van a la manufactura de varios monómeros plásticos y polímeros (50%) y cauchos, con una proporción más pequeña destinada a la síntesis de hidroquinonas (5%), tintes e intermedios (6%), drogas (3%), pesticidas y otros ítems especiales (9%). Algunos de los antiguos usos del nitrobenceno incluyen usos como agente saborizante, como solvente en la marcada de tintas y en metales, muebles, pisos y brilla zapatos, como un perfume en los jabones perfumados, como intermedio en la producción de tintes, como desodorante y desinfectante, entre otros.

1.3.1

OTRAS ÁREAS DE USO [11]

Algunos de los usos industriales del nitrobenceno a pequeña escala incluyen: (1) reducción electrolítica a 4-aminofenol, (2) nitración para obtener 1,3-dinitrobenceno, (3) Cloración para obtener 3-Cloronitrobenceno, (4) Sulfonación para obtener ácido 3-nitrobencenosulfónico y (5) Clorosulfonación para obtener Cloruro de 3-nitrobencenosulfonilo. Los últimos tres productos se consumen principalmente como sus productos de reducción, 3-Cloroanilina, ácido metanílico y 3aminobencenosulfonamida, respectivamente.

1.3.2

PERFIL QUÍMICO [4, 11]

Las principales reacciones asociadas al nitrobenceno se resumen en el esquema representado en la Fig. 3.

Grupo 2: Nitrobenceno

9

Grupo 2: Nitrobenceno

10

2

DESCRIPCIÓN GENERAL DE PROCESOS DE PRODUCCIÓN

Para comenzar se hace necesario establecer la diferencia entre métodos sintéticos y tecnologías. Los métodos sintéticos son aquellas vías químicas que nos permiten obtener el producto de interés, en este caso el nitrobenceno, i. e., la síntesis química que fundamenta el proceso de producción a nivel industrial. En segundo lugar están los procesos o tecnologías que utilizan dichas síntesis químicas del producto y las ponen en práctica por medio de la disposición de equipos, bajo un patrón de operaciones ordenadas o procedimientos, con el fin de alcanzar el objetivo, que es producir la sustancia de interés.

2.1 Métodos sintéticos Se han encontrado varios métodos para la producción de nitrobenceno [12-17], entre ellos: (1) los métodos de nitración usando una mezcla de los ácidos nítrico y sulfúrico, ya sea por lotes o en continuo, (2) el método de nitración azeotrópica, y (3) el método de nitración del benceno usando una solución de dióxido de nitrógeno líquido (N2O4 ) en ácido sulfúrico. Debido a que no se han encontrado evidencias de lo contrario, la literatura sugiere que todas las plantas de producción de nitrobenceno usan un proceso de nitración directa del benceno, en el cual se usa una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico [4, 18, 19]. Dicho proceso se puede llevar a cabo industrialmente de dos formas: (1) el proceso isotérmico y (2) el proceso adiabático. Aunque existen algunas variaciones en cuanto al diseño, ambos procesos se pueden representar esquemáticamente por el diagrama de bloques que se muestra en la Fig. 4. Algunas de las diferencias de estos dos procesos son básicamente referidas a la sección de la nitración, como lo son: (1) los nitradores en el proceso isotérmico son básicamente bifuncionales ejerciendo funciones de un intercambiador de calor y reactor simultáneamente; en el proceso adiabático por el contrario, los nitradores son básicamente reactores. (2) En el proceso adiabático se alcanzan mayores temperaturas por lo cual se necesitan materiales más termo-resistentes. (3) En el proceso isotérmico, generalmente, es necesario hacer control de la temperatura en el nitrador por medio de uso de un refrigerante y de un sistema de agitación en el nitrador; en el proceso adiabático no se hace necesario un control directo de la temperatura, pues ésta depende de la tasa de recirculación del ácido sulfúrico, la cual se debe controlar.

2.2 Procesos industriales y/o tecnologías 2.2.1

Tecnología A: para la producción de nitrobenceno [20]

Consiste en una nitración isotérmica del benceno con una mezcla de ácidos (nítrico y sulfúrico), después de la reacción el acido sulfúrico es separado del nitrobenceno y demás componentes orgánicos y posteriormente se concentra por evaporación y se recircula hacia la etapa de nitración nuevamente, por tanto, debido a que las pérdidas de acido por evaporación son muy pocas, el acido sulfúrico que se necesita para la nitración será totalmente recirculado. En el proceso de concentración del acido sulfúrico, los vapores que se generan de benceno, nitrobenceno y agua principalmente, son condensados y separados, el benceno y el nitrobenceno se recirculan al proceso de nitración.

Grupo 2: Nitrobenceno

Vent to atmosphere

Vent Header

Nitrogen oxides scrubbing

Caustic sode

Benzene scrubbing

Process water

Aliphatics purge

Recycle benzene Benzene Nitric Acid Sulfuric Acid

Nitration and NB-Acid separation

Washing and NB-Water separation

Spent Acid Stripping

Benzene stripping

Effluent stripping

Nitrobenzene product

Effluent water

Steam

Recycle sulfuric Acid

Stripping spent acid Sulfuric acid concentration

FINISHING SECTION NITRATION AND ACID CONCENTRATION

Fig. 4. Diagrama de bloques del proceso del nitrobenceno con el uso de una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico. [2]

2.2.1.1

Diagrama de flujo simplificado

En la Fig. 5 se representa el diagrama simplificado del proceso en cuestión. Las corrientes (10) y (11) conducen acido nítrico y acido sulfúrico, respectivamente; estas corrientes son mezcladas antes de ingresar al reactor (R-1) al cual conjuntamente se está alimentando benceno (12). Una vez se ingresan al reactor se da la conversión a nitrobenceno. La corriente que sale del reactor (R-1) pasa a un separador donde se separan la fase orgánica (Nitrobenceno crudo) y la acuosa (acido sulfúrico y agua principalmente). La fase acuosa es llevada a un intercambiador (E-1) donde alcanza una temperatura de 120 °C y se lleva posteriormente a un separador flash (C-2), donde la corriente de acido sulfúrico prácticamente libre de benceno es llevada al evaporador a presión de vacio (E-2) donde se concentra entre un 75-92% en peso. Posteriormente esta corriente de acido sulfúrico concentrado (2) es recirculada al proceso de nitración. La corriente de los vapores producidos en la evaporación es llevada a un condensador, los gases no condensables salen del proceso por la corriente (5), los vapores condensados son llevados a un intercambiador de calor (E-3) y posteriormente a una torre de desorción, la fase gaseosa que sale de la torre se lleva a un intercambiador de calor donde es condensada y se separan posteriormente las fases formadas en el separador (S-1), la fase orgánica es recirculada al proceso de nitración, y la acuosa al proceso de desorción.

11

12

Grupo 2: Nitrobenceno

Acido nitrico

Benceno

10

12

13

Nitrobenceno crudo

Acido sulfurico

15

C-1

R-1 14 11

19 16 30

18

17 3

E-1 P

20 8

E-2 V-1

9 1

I-1

2

7

26

5

23 25

I-3 6

21

C-2

S-1

I-4

I-2

28

4

27

29 22

Fig. 5. Diagrama de flujo simplificado de un proceso para la producción de nitrobenceno (Tecnología A)

2.2.1.2

Condiciones de operación [21]

La temperatura en el reactor (R1) debe estar entre los 120 y 135 ºC.

Grupo 2: Nitrobenceno

Se obtiene una conversión del 90 % en el reactor (R1) si el tiempo de residencia de los compuestos es de 25 segundos; si el tiempo de residencia es de 70 segundos se puede alcanzar una conversión del 100 %.

2.2.1.3

Bloques de transformación

BENCENO

ACIDO NITRICO

UNIDAD DE REACCION

UNIDAD DE SEPARACION

ETAPA DE CONCENTRACION DEL ACIDO SULFURICO Y SEPARACION

ACIDO SULFURICO NITROBENCENO CRUDO

2.2.2

Tecnología B: Nitración azeotrópica del benceno [22]

Consiste en un proceso continuo para la mononitración del benceno. Se basa en dos etapas, la primera consta de una nitración azeotrópica, donde los reactivos se alimentan separadamente. La segunda constituye la nitración del benceno en dos reactores en serie a baja temperatura, en este paso los ácidos se ingresan al reactor previamente mezclados. En este proceso se busca producir nitrobenceno al 99.9% en peso de pureza.

2.2.2.1

Diagrama de flujo simplificado

El diagrama de flujo simplificado del proceso mencionado en la presente tecnología se muestra en la Fig. 6. El benceno (2) y el acido nítrico son alimentados al reactor azeotrópico (R-1), que opera a 140 °C y a presión atmosférica. La corriente de vapor generada en la reacción (5), pasa al intercambiador de calor (E-1), donde intercambia su calor con la corriente de alimentación de benceno fresco (2). La corriente (5) se condensa en el intercambiador (E-3) y posteriormente las dos fases que se forman son separadas en (S-1) por una decantación por gravedad. La fase acuosa (6) sale del proceso. La fase orgánica (7) es alimentada al primer reactor de nitración de la segunda etapa (R-2), al cual también se alimentan benceno fresco (12) y una mezcla de ácido sulfúrico y nítrico (11). Una parte de la corriente (7) es recirculada al proceso de nitración azeotrópica con el fin de controlar la temperatura de reacción.

13

14

Grupo 2: Nitrobenceno

Benceno Benceno

1

12

11

Mezcla de ácidos

E-3

E-1

S-1

7

2 3

Fase acuosa Acido nítrico

E-2

R-2

6

13

R-1

14

R-3

4

Nitrobenceno 15 S-2

9 S-3

10

Fase acida

Acido sulfúrico

16

8

Fig. 6. Diagrama de flujo simplificado del proceso de producción de nitrobenceno por nitración azeotrópica usando la tecnología B

La fase liquida que sale del reactor azeotrópico (R-1) es llevada a un decantador (S-2) donde se obtienen una fase acida (10), la cual es recirculada al proceso de nitración azeotrópica. La fase orgánica (9) pasa al segundo reactor de la segunda etapa (R-3) donde también se alimentan los productos del primer reactor de la segunda etapa (R-2), La corriente de salida de la segunda reacción (14) es separada en una centrifuga rotatoria donde la fase orgánica contiene el producto de interés: nitrobenceno crudo.

2.2.2.2

Condiciones de operación

El reactor en el cual se lleva la nitración azeotrópica (R-1) opera en un rango de temperaturas de 120-160 °C y a presión atmosférica. En esta primera etapa se obtiene un producto de 90-97% en peso de nitrobenceno y el balance es principalmente benceno. Los reactores de la segunda etapa, (R-2) y (R-3), operan a un rango de temperatura de 65-75 °C y en un rango de presiones de 1-2 atmosferas. El producto que se obtiene de esta segunda etapa está compuesto generalmente de 99.9% en peso de nitrobenceno, 0,05% de benceno y el balance de dinitrobenceno y dinitrofenol.

Grupo 2: Nitrobenceno

2.2.2.3

15

Bloques de transformación MEZCLA DE ACIDOS

BENCENO

BENCENO

ACIDO NITRICO

UNIDAD DE REACCION AZEOTROPICA

UNIDAD DE SEPARACION

UNIDAD DE REACCION

NITROBENCENO

ACIDO SULFURICO

2.2.3

Tecnología C: Nitración azeotrópica del benceno [23]

Se da en un proceso continuo para la mononitracion de benceno con una etapa de alimentación de benceno y ácido nítrico en proporciones estequiométricas cercanas, a un reactor que contiene inicialmente acido sulfúrico para la producción del nitrobenceno a una temperatura entre 120°C y 160°C con una presión de una atmosfera, el benceno reacciona con el acido nítrico formándose un azeótropo de una fase acuosa que contiene agua y acido nítrico y una fase orgánica que contiene benceno y nitrobenceno. Para la separación de la fase acuosa y la orgánica se debe alimentar un exceso de benceno por aspersión dentro del reactor y así aumentar la proporción estequiométrica del benceno con respecto al acido nítrico, logrando una mejor evaporación de la mezcla azeotrópica, la mezcla es llevada a un decantador para separar la fase orgánica; con gran contenido de nitrobenceno, de la acuosa y esta última es recirculada al reactor. Se debe mantener una concentración del acido sulfúrico entre un 55% y un 70% ya que este se va diluyendo por la presencia del agua.

2.2.3.1

Diagrama de flujo simplificado

El sistema consta de un reactor (R1) que contiene acido sulfúrico, al cual se le introduce acido nítrico por la corriente (1) y benceno por la corriente (3). En la Fig. 7 se muestra el diagrama de flujo del proceso. Por la corriente (16) pasan del reactor (R1) los productos y sustancias que no reaccionaron; Benceno, nitrobenceno, dinitrofenol, acido sulfúrico, acido nítrico y agua, y entran al decantador (D2) recirculando los ácidos nítrico y sulfúrico en la corriente (17) y saliendo por la corriente (15) el nitrobenceno como producto final con pocas cantidades de benceno, acido nítrico, acido sulfúrico, dinitrofenol y agua. Del reactor (R1) sale la corriente (6) con benceno, nitrobenceno, acido nítrico, agua y gases, y es llevado a un condensador (I1) al cual le ingresa una corriente (2) con gas inerte. Por la corriente (8) salen los gases del proceso y la corriente (7) lleva el benceno, nitrobenceno, agua y el acido nítrico hasta un decantador (D1) en el cual se separa el acido nítrico que es llevado a través de la corriente (9) con algunas trazas de benceno, nitrobenceno y agua.

16

Grupo 2: Nitrobenceno

Fig. 7. Diagrama de flujo simplificado correspondiente a la nitración azeotrópica del benceno usando la tecnología C

La corriente (10) con contenidos de benceno, nitrobenceno y agua es separado en las corrientes (11) y (12) y son llevados; a la alimentación de benceno en la corriente (13) y a un evaporador (E1) a través de la corriente (14) la cual conlleva parte de benceno fresco desde la corriente (3), respectivamente. La corriente (18) recircula el benceno y nitrobenceno al reactor (R1).

2.2.3.2

Condiciones de operación

El reactor debe estar en un rango de temperatura entre 120°C y 160°C y a una atmósfera de presión .

2.2.3.3

Bloques de transformación

Unidad de Separación 1

Benceno Acido Nitrico

Unidad de Reacción

Unidad de Separación 2

Nitrobenceno

Grupo 2: Nitrobenceno

2.2.4

Tecnología D: Proceso para fabricar nitrobenceno [24]

En este proceso el nitrobenceno se obtiene por nitración directa del benceno, Este se lleva a cabo en un reactor, el cual es alimentado por tres líneas, las cuales conducen: ácido sulfúrico y agua, ácido nítrico y agua, y la otra línea inyecta benceno al reactor. El calor de reacción es removido por un enfriador de serpentín. Los productos del reactor salen a una temperatura aproximada de 50º C, formando dos fases, una fase orgánica constituida en su mayoría por benceno y nitrobenceno, y una fase acuosa constituida en su mayoría por los ácidos y agua. Esta mezcla pasa a una unidad de separación mecánica, la cual se encarga de separar las dos fases, la fase acuosa es recuperada y la fase orgánica es llevada a una unidad de lavado, donde los ácidos presentes son neutralizados por una solución de carbonato de sodio, y removidos mediante un lavado con agua. Finalmente la fase orgánica es conducida a una torre de destilación, donde se separa el nitrobenceno de los demás compuestos.

2.2.4.1

Diagrama de flujo simplificado

8 7

12

5 1 2 3

10 R1

E1

4

L1

6

T1

9

11

El sistema consta de un reactor (R1), al cual ingresa benceno por la línea (1), ácido nítrico por la línea (2) y ácido sulfúrico por (3); este último actúa como catalizador. La cantidad de materia que entra por las líneas (2) y (3) son tales que si se representaran en un solo flujo las composiciones serian: (27-32% w/w de acido nítrico, 56-60% w/w de acido sulfúrico y 8-17% de agua). La relación de acido nítrico a benceno se mantiene a un nivel tal que se asegure el consumo de casi todo el acido nítrico. La nitración ocurre a una temperatura de 50º C, donde el calor de reacción es removido por un enfriador de serpentín. Los tiempos de reacción son pequeños igual que los volúmenes de reactivos presentes, de tal forma que se reduzca el riesgo de explosión. Los productos que salen del reactor (4) son llevados a un separador por gravedad (E1) donde la fase acuosa sale por (6) y la fase orgánica por (5), esta última se lleva a una unidad de lavado (L1) donde se agrega una solución de carbonato de sodio (7) para neutralizar los ácidos y posteriormente se lava con agua para remover los ácidos y las sales formadas. Los gases de desecho son incinerados. El agua de desecho de (L1) sale por (9) y la fase orgánica lavada sale por la línea (10), la cual esta conectada a una torre de destilación (T1), donde se purifica el nitrobenceno, que sale por los destilados (12); los demás compuestos salen por la línea (11).

17

18

Grupo 2: Nitrobenceno

2.2.4.2

Condiciones de operación

La reacción es altamente exotérmica, por lo cual el reactor es refrigerado. La reacción transcurre una temperatura de 50 º C El rendimiento es del 95 %

2.2.4.3

Diagrama de bloques:

Las dos tecnologías siguientes se tomaron de la patente 5,313,009 [2]. Estas son muy similares, ya que tienen prácticamente las mismas unidades, la diferencia entre ellas (proceso adiabático y proceso isotérmico) es que en el proceso adiabático la energía no es removida del nitrador de tanque agitado (R2), mientras que en el proceso isotérmico si se remueve la energía por medio de un sistema de refrigeración (ver diagramas de tecnologías B y C).

2.2.5

Tecnología E: Proceso nitrobenceno [25 - 27] 2.2.5.1

isotérmico

para

Diagrama de flujo simplificado

la

fabricar

Grupo 2: Nitrobenceno

El proceso toma inicio en el reactor (R1), al cual ingresa: benceno (4) y una solución de ácido nítrico (5), previamente calentados a una temperatura de 100 ºC, y ácido sulfúrico por la línea (3). Los ácidos se mezclan en la línea (7); la cual debe tener la siguiente composición (69.5 % w/w H2SO4, 2.8 % w/w HNO3 y 27.7 % w/w H20) esta ingresa al reactor (R1) de tal forma que se forme una emulsión con el benceno. Por la línea (8) sale una mezcla reactiva de (benceno, ácido nítrico, ácido sulfúrico y otros compuestos en pequeñas cantidades); la reacción culmina en un reactor de tanque agitado (R2), el cual es enfriado por medio de un sistema de refrigeración. Los productos del reactor de tanque agitado (R2) pasan a una unidad de separación por gravedad (E1), la cual se encarga de separar las dos fases, una formada por la mezcla de ácidos y agua (fase acuosa) y otra formada por benceno y nitrobenceno (fase orgánica). La fase acuosa sale por la línea (11), esta se divide en dos líneas, de las cuales una pasa a un concentrador flash (C1) que se encarga de concentrar el ácido sulfúrico de 93 a 95 % w/w y la otra es una recirculación (15) que se mezcla con el acido nítrico fresco (2). La fase orgánica sale por la línea (10). La línea (12) entra al concentrador (C1), del cual sale ácido sulfúrico concentrado (14) que se mezcla con el ácido nítrico fresco. Por la línea (13) sale en su gran mayoría vapor de agua. Los subproductos formados son: acido pícrico, dinitrofenol y dinitrobenceno, estos se encuentran en bajos niveles. A continuación se mostrara una tabla que contiene la cantidad de subproductos en el producto crudo.

DNB: dinitrobenceno DNPH: dinitrofenol PA: ácido pícrico El calor removido del reactor (R2) es usado para precalentar la mezcla de ácidos (7) antes de que estos entren al la unidad de reacción (R1). Se sugiere que si el nitrobenceno crudo que sale por la línea (10) no cumple los requerimientos establecidos por el mercado. Ha esta tecnología se le incorpore una torre de destilación, para refinar el nitrobenceno que sale de (10) y así poder alcanzar los requerimientos establecidos.

2.2.5.2

Condiciones de operación

La temperatura en el reactor (R1) debe estar entre los 120 y 135 ºC. La temperatura en el reactor (R2) debe estar entre los 97 y los 120 ºC. Los reactores opera a presión atmosférica.

19

20

Grupo 2: Nitrobenceno

Se obtiene una conversión del 90 % en el reactor (R1) si el tiempo de residencia de los compuestos es de 25 segundos; si el tiempo de residencia es de 70 segundos se puede alcanzar una conversión del 100 %.

2.2.5.3

2.2.6

Diagrama De Bloques

Tecnología F: Proceso nitrobenceno [25 - 27] 2.2.6.1

adiabático

para

la

fabricar

Diagrama de flujo simplificado

El proceso toma inicio en el reactor (R1), al cual ingresa: benceno (4) y una solución de ácido nítrico (5), previamente calentados a una temperatura de 100 ºC, y ácido sulfúrico por la línea (3). Los ácidos se mezclan en la línea (7), la cual debe tener la siguiente composición (69.5 % w/w H2SO4, 2.8 % w/w HNO3 y 27.7 % w/w H20) esta ingresa al reactor (R1) de tal forma que se forme una emulsión con el benceno. Por la línea (8) sale una mezcla reactiva de (benceno, ácido nítrico, ácido

Grupo 2: Nitrobenceno

sulfúrico y otros compuestos en pequeñas cantidades); la reacción culmina en un reactor de tanque agitado (R2). Los productos del reactor de tanque agitado (R2) pasan a una unidad de separación por gravedad (E1), la cual se encarga de separar las dos fases, una formada por la mezcla de ácidos y agua (fase acuosa) y otra formada por benceno y nitrobenceno (fase orgánica). La fase acuosa sale por la línea (11), esta se divide en dos líneas, de las cuales una pasa a un concentrador flash (C1) que se encarga de concentrar el ácido sulfúrico de 93 a 95 % w/w y la otra es una recirculación (15) que se mezcla con el acido nítrico fresco (2). La fase orgánica sale por la línea (10). La temperatura en el reactor (R1) debe estar entre los 120 y 135 ºC. Los reactores operan a presión atmosférica. Se obtiene una conversión del 90 % en el reactor (R1) si el tiempo de residencia de los compuestos es de 25 segundos; si el tiempo de residencia es de 70 segundos se puede alcanzar una conversión del 100 %.

2.2.6.2

2.2.7

Diagrama de bloques:

Tecnología G: Proceso nitrobenceno [28] 2.2.7.1

adiabático

para

la

fabricar

Diagrama de flujo simplificado

Este proceso (Fig. 8) versa sobre la nitración del benceno utilizando ácido nítrico, y ácido sulfúrico como catalizador. Este inicia con la mezcla del ácido nítrico diluido (1) y ácido sulfúrico (2) en un mezclador (M1), del cual sale una línea (3) que ingresa al reactor (R1) y cuya composición debe estar en los siguientes rangos: (3 % - 7.5 % w/w de acido nítrico, 58.5 % - 66.5 % w/w de ácido sulfúrico y 28 % - 37 % de agua). La corriente (3) que sale del mezclador (M1) debe ser enfriada mediante un intercambiador de calor, ya que esta sale a 120 °C y se requiere que el flujo de acido (4) que entra al reactor (R1) tenga una temperatura de 80°C. El benceno entra a temperatura ambiente (5) al reactor (R1), el cual opera a una temperatura de 131.64 °C y 1 atmosfera de presión, de este reactor sale una corriente (6) que entra al reactor (R2) el cual opera a una temperatura de 135 °C y 1 atmosfera de presión, de este sale una corriente (7) que entra al reactor (R3) el cual opera a una temperatura de 135.5 °C y 1 atmosfera de presión, de este sale una corriente (8) que entra al reactor (R4) el cual opera a una temperatura de 135.75 °C y 1 atmosfera de presión. Las respectivas conversiones de los reactores R1 R2, R3 Y R4 son las siguientes: (91 %, 98 %, 99 % y 99.5 %).

21

22

Grupo 2: Nitrobenceno

Acido nítrico

1

Benceno 5

Acido sulfúrico

20

M-1 2

3 R-2 R-1 4

6

R-3 7

R-4 8

9

10 13 V1

12

E1

19

E2

14 11 TR

E C

T-1

17 21

Seccion de almacenamien 18 to

Fig. 8. Diagrama de flujo simplificado para el proceso de fabricación adiabática de nitrobenceno (Tecnología G)

Este proceso versa sobre la nitración del benceno utilizando ácido nítrico, y ácido sulfúrico como catalizador. Este inicia con la mezcla del ácido nítrico diluido (1) y ácido sulfúrico (2) en un mezclador (M1), del cual sale una línea (3) que ingresa al reactor (R1) y cuya composición debe estar en los siguientes rangos: (3 % - 7.5 % w/w de acido nítrico, 58.5 % - 66.5 % w/w de ácido sulfúrico y 28 % - 37 % de agua). La corriente (3) que sale del mezclador (M1) debe ser enfriada mediante un intercambiador de calor, ya que esta sale a 120 °C y se requiere que el flujo de acido (4) que entra al reactor (R1) tenga una temperatura de 80°C. El benceno entra a temperatura ambiente (5) al reactor (R1), el cual opera a una temperatura de 131.64 °C y 1 atmosfera de presión, de este reactor sale una corriente (6) que entra al reactor (R2) el cual opera a una temperatura de 135 °C y 1 atmosfera de presión, de este sale una corriente (7) que entra al reactor (R3) el cual opera a una temperatura de 135.5 °C y 1 atmosfera de presión, de este sale una corriente (8) que entra al reactor (R4) el cual opera a una temperatura de 135.75 °C y 1 atmosfera de presión. Las respectivas conversiones de los reactores R1 R2, R3 Y R4 son las siguientes: (91 %, 98 %, 99 % y 99.5 %). El flujo (9) que sale del reactor (R4) debe ser enfriado a una temperatura de 80 °C, dado que el proceso de separación así lo requiere, por esta razón se coloca un intercambiador de calor entre la unidad de separación y el reactor. El flujo que sale del intercambiador (10) entra a una unidad de separación (E1) a una temperatura de 80° C. En la unidad de separación, se separa la fase orgánica constituida principalmente por benceno y nitrobenceno de la fase acuosa (mezcla de ácidos y agua). La fase orgánica sale por la cabeza (11) por tener una menor densidad, mientras que la fase acuosa sale por la cola (12). La línea (12) descarga a un evaporador (V1), el cual se encarga de concentrar el ácido sulfúrico hasta un 68 % w/w, que es enfriada por un intercambiador y recirculado al mezclador (M1) por la línea (13); las demás sustancias removidas al concentrar el ácido son llevadas a una unidad de tratamiento de residuos (TR) mediante la línea (14).

Grupo 2: Nitrobenceno

La línea (11) conduce la fase orgánica, que es llevada a una unidad de extracción centrifuga (EC), donde se eliminan todas las impurezas generadas en la reacción, como dinitrofenol y acido pícrico. El agente extractor utilizado es el carbonato de sodio, que se administra al equipo extractor (EC) mediante un dosificador para obtener la proporción agua-carbonato deseada. Una vez se ha eliminado las impurezas, estas se envían por la línea (15) a la unidad (TR). La corriente de salida del extractor, que contiene benceno y nitrobenceno (16), se hace pasar a una columna de refinación (T1), donde una corriente de vapor arrastra el benceno y lo descarga por la línea (19), que va conectada a un separador (E2), donde el benceno sale por la línea (20) que se conecta con el benceno fresco (5). Los residuos de esta separación son llevados a la unidad de tratamiento de residuos (TR) por la línea (21). El nitrobenceno recuperado en la torre (TR), es llevado a un intercambiador de calor por medio de la línea (17), donde se reduce la temperatura a tal punto de que este pueda ser almacenado. La línea de salida del intercambiador que conduce el nitrobenceno (18) va a dar directamente a la sección de almacenamiento.

2.2.7.2

Diagrama de Bloques

2.2.7.3

Condiciones de operación:

El rendimiento global de este proceso es del 98% Reactor R1 R2 R3 R4

Temp. de operación (ºC) 131.64 135 135.5 135.75

Presión de operación (atm) 1 1 1 1

23

Grupo 2: Nitrobenceno

24

3

DATOS DE IMPORTACIÓN Y/O PRODUCCIÓN ÚLTIMOS CINCO AÑOS [29-30]

Para establecer nuestro mercado objetivo inicialmente nos centraremos en los países suramericanos de los cuales tengamos información confiable acerca de sus movimientos comerciales respecto al producto, además de ser aquellos geográficamente asequibles. Colombia, Brasil, Argentina, Perú y Uruguay formaran este mercado objetivo. Con el fin de establecer la demanda del producto, utilizamos un balance de masa y los aplicamos a cada país: Entrada + Producción = Salida + Acumulación Donde: Entrada: Son las importaciones provenientes de países externos pero diferentes del grupo elegido como mercado objetivo. Producción: Es la producción interna con la que cuenta el país en particular de acuerdo a la capacidad instalada. Para esta variable no fue posible la consecución de datos. Salida: Son las exportaciones efectuadas con países diferentes a los correspondientes al mercado objetivo. Acumulación: Corresponde al consumo y al inventario correspondiente al producto dentro de nuestro país; como generalmente no se manejan grandes cantidades en el inventario esta se puede despreciar; con lo cual el consumo que corresponde a la demanda interna del producto queda como única variable a analizar. Redefinimos entonces la ecuación como sigue: Demanda = Importaciones – Exportaciones

A continuación presentamos los datos de importación y exportación para los países definidos como mercado objetivo.

NOTA: F.O.B: Free On Board, significa que el producto se lleva solo hasta el puerto, no incluye aranceles sobre el mismo.

Grupo 2: Nitrobenceno

Colombia Código D.A.N.E 2904.20.40.00 Importaciones Generales 2004 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Reino Unido

4.840,00

8.470,00

Alemania

7,20

84,32 2005

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

16,80

176,52 2006

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

6,0

62,78

2007 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

4,80

47,73

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

14,4

144,18

2008

2009 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

19,20

815,13

En Resumen Ejercicio Anual

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

2009 2008 2007

19,20 14,4 4,80

815,13 144,18 47,73

2006 2005

6,00 16,80

62,78 176,52

2004

4.847,20

8.554,32

Exportaciones Generales Sin movimientos registrados

25

26

Grupo 2: Nitrobenceno

Perú Código S.U.N.A.T 2904.20.40.00 Importaciones Generales 2004 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Reino Unido

6.380,00

11749,48

País de Origen

2005 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Estados Unidos

2,31

61,95

Republica Checa

3,72

55,01 2006

País de Origen República Popular de China

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

5.000,00

6.750,0 2007

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

República Checa

7,20

72,94 2008

País de Origen República Popular China India España

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

7.000,00 5.000,00 14,40

11.100,00 6.697,04 289,26

México

7,20

102,72

República Checa

4,80

54,81

de

2009 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

India

5.000,00

8.019,00

En Resumen Ejercicio Anual

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

2009

5.000,00

8.019,00

2008 2007 2006

12.026,40 7,20 5.000,00

18.243,83 72,94 6.750,00

2005

6,03

116,96

2004

6.380,00

11.749,48

Exportaciones Generales Sin movimientos registrados

Grupo 2: Nitrobenceno

Uruguay Código D.N.A. 2904.20.51.00

Importaciones Generales 2005 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Republica Checa Alemania

1,89 2,14

28,93 28,93

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Republica Checa

2,55

29,72

2008

En Resumen Ejercicio Anual

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

2008

2,55

29,72

2005 4,03 31,86 Nota: la información correspondiente a los años 2004,2006,2007 y 2009 no se encontró reportada

Exportaciones Generales Sin movimientos registrados

Argentina Código D.G.A 2904.20.51.000K Importaciones Generales 2004 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Estados Unidos Republica Checa

6,71 5,99

222,98 85,84

Reino Unido

1,17

65,76 2005

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Estados Unidos Alemania

42,00 30,81

505,58 156,11

Republica Checa

10,36

148,30

Reino Unido

0,03

13,89

27

28

Grupo 2: Nitrobenceno

2006 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

51,49

316,80

Republica Checa

20,10

227,37

Estados Unidos

18,00

173,16

País de Origen

2007 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

80,00

280,41

Republica Checa

12,60

133,30

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

India

150,00

763,32

Republica Checa

36,60

379,23

2008

País de Origen

2009 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Italia

6,00

332,96

Estados Unidos

0,01

52,59

En Resumen Ejercicio Anual

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

2009 2008 2007

6,01 186,00 92,60

385,55 1.142,55 413,71

2006 2005

89,59 83,20

717,33 823,88

2004

13,87

374,58

Exportaciones Generales Sin movimientos registrados

Brasil Código S.C.E. 2904.20.51 Importaciones Generales 2004 País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Estados Unidos

7,00

184,00

Alemania

14,00

156,00

Grupo 2: Nitrobenceno

País de Origen

2005 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

26,00

354,00

Estados Unidos

2,00

118,00

Reino Unido

1,00

23,00

País de Origen

2006 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

España Alemania Estados Unidos

50,00 19,00 0,00

885,00 228,00 18,00

Reino Unido

0,00

5,00

País de Origen

2007 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania Reino Unido Bélgica

12,00 1,00 1,00

212,00 30,00 19,00

Estados Unidos

0,00

12,00

País de Origen

2008 Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Alemania

22,00

323,00

Bélgica Reino Unido

4,00 0,00

146,00 126,00

Estados Unidos

4,00

64,00 2009

País de Origen

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

Bélgica Estados Unidos

7,00 7,00

250,00 166,00

Alemania

18,00

115,00

Reino Unido

2,00

108,00

En Resumen Ejercicio Anual

Cantidad (kg Netos)

Valor F.O.B (USD)

2009 2008 2007 2006 2005

34,00 30,00 14,00 96,00 29,00

639,00 659,00 273,00 1.136,00 495,00

2004

21,00

340,00 Exportaciones Generales

Sin movimientos registrados

29

Grupo 2: Nitrobenceno

30

4

DEFINICIÓN DE CAPACIDAD DE PLANTA Y CALIDAD DEL PRODUCTO [31-32]

Luego de analizar los movimientos de importación de los cinco países, se puede concluir que Perú es el país que más importa el nitrobenceno, es decir que podría ser la mejor plaza para implementar una producción, por ser un gran consumidor. Además como se puede observar en las importaciones de los demás países la gran parte se realizan desde el antiguo continente lo que lleva a importaciones un poco más costosas, por lo cual vemos una ventaja esta situación ya que podemos aprovechar este mercado. Al totalizar las exportaciones (no reportadas por tanto la tomamos como cero) e importaciones por años, podemos obtener (mediante la operación antes mencionada), la demanda total por año del producto en el mercado objetivo (Colombia, Perú, Argentina, Uruguay y Brasil). A continuación mostramos la tabla con los resultados obtenidos: Año 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Demanda (kg) 11.262,07 139,33 5.191,59 118,6 12.388,95 5.059,21

Teniendo en cuenta los datos de demanda del producto entre los años 2004 y 2009, esto pues, aunque el 2009 no haya finalizado aún, nos puede dar una idea de su valor con respecto a los años anteriores. La Fig. 9 muestra la tendencia de la demanda totalizada de nitrobenceno en nuestra región de interés versus tiempo. La Fig. 10 muestra un análisis porcentual de la demanda totalizada, permitiendo así, identificar los principales contribuyentes.

Fig. 9. Demanda totalizada de nitrobenceno vs. tiempo en nuestro mercado de interés.

Grupo 2: Nitrobenceno

Como se puede ver en la gráfica, la curva no presenta una tendencia definida. Un análisis de su tendencia mostró que sus desviaciones de las tendencias comunes en las curvas de proyección de demanda, tales como lo son las (1) correlaciones polinómicas, (2) exponenciales y (3) exponenciales modificadas (Curva de Gompertz), son muy altas.

Fig. 10. Análisis porcentual de la demanda de nitrobenceno en la región de interés.

Como se puede ver, es difícil establecer una curva de tendencia para este tipo de comportamientos en la curva de demanda, por lo que se decide trabajar con los valores más altos con el fin de garantizar la máxima cobertura en el mercado. Si vemos en la Fig. 9, los máximos valores alcanzados fueron de 11.262,07 y 12.388,95 kg, en los años 2004 y 2008, respectivamente. Por lo que podemos ver un patrón de crecimiento de la cobertura máxima de 1126,68 kg durante los cuatros años. No teniendo mayor herramienta, podríamos arriesgarnos a extrapolar el valor máximo de cobertura con la recta comprendida por estos dos puntos, tal como se puede ver la Fig. 11.

Fig. 11. Tendencia en la demanda máxima de nitrobenceno en el mercado de interés.

31

32

Grupo 2: Nitrobenceno

Las razones para una extrapolación a 15 años a partir del 2009, se hace teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: (1) Entre los años 2010 y finales del 2014 se construirá la planta en Cartagena, lugar seleccionado dadas sus condiciones geográficas que permiten un transporte marítimo con la mayoría de los países, además de la facilidad que esta zona brinda para la consecución de las materias primas; y (2) A partir del año 2015 la planta comenzará a operar, proyectándose una vida útil de 10 años. Con la expresión matemática para la cobertura máxima dada en la Fig. CCC, encontramos la producción de la planta durante el mismo período de tiempo (2015 a 2024); debido a que la demanda del producto es baja en comparación con mercados internacionales [31], pretendemos producir el 100% con el fin de cubrir otros posibles mercados. De acuerdo a esto, mostramos a continuación los datos de producción: Año

Demanda (kg)

2004

11.262,07

2008

12.388,95

2012

13515,83

2016

14642,71

2020

15769,59

2024

16896,47

Como podemos ver la cobertura máxima durante el período de operación (2015-2020) es de aproximadamente 17000 kg. Por lo tanto, la capacidad de la planta será de 17 toneladas/año, garantizando así la cobertura máxima del mercado durante el período de operación. A continuación podemos ver la capacidad de algunas plantas de producción de nitrobenceno [31]:

PRODUCTOR BASF, Geismar, La. Du Pont, Beaumont, Tex. First Chemical, Baytown, Tex. First Chemical, Pascagoula, Miss. Rubicon, Geismar, La. Total

CAPACIDAD (Millones de libras por año) 600 380 340 500 1,140 2,960

Como vemos la capacidad de producción de la planta sería baja en comparación con las capacidades representadas en la tabla anterior, pero aún así sería suficiente para cubrir un mercado como el seleccionado.

CALIDAD DEL PRODUCTO. Nuestro producto será utilizado como precursor de la anilina para lo cual se necesita que el nitrobenceno tenga una calidad entre el 98% y el 100 %.

Grupo 2: Nitrobenceno

5

SELECCIÓN DEL PROCESO [33]

Con el fin de seleccionar el proceso más adecuado, se tendrán en cuenta parámetros indispensables, los cuales se pueden agrupar en cuatro grupos, que son: aspecto tecnológico, social, financiero y de proveedores. Los criterios que se evaluaran son: la obsolescencia, disponibilidad y costos de materias primas, complejidad del proceso, grado de integración con la industria, estado de desarrollo del proceso, disposición de desechos, patentes y costos de licencias y otras regalías, economía del proceso, uso de energía, aspectos de seguridad y eficiencia del proceso; estos se enunciarán y se hará una breve explicación del aspecto al cual se refieren, así como los criterios de calificación empleados. Se establecer una escala de calificación para considerar la relevancia del criterio evaluado; esta escala de calificación variará en un rango de 1 a 10, siendo 1 la calificación más baja y 10 la más alta. El proceso que obtenga mayor calificación será el seleccionado. CRITERIOS DE SELECCIÓN Obsolescencia: La obsolescencia, aunque algunas veces está asociada con la edad de una tecnología, no necesariamente hace referencia a su antigüedad. Este concepto está más ligado a la eficiencia de una tecnología y a su incompatibilidad con los sistemas económicos y tecnológicos. La obsolescencia realmente puede ocurrir por cambios técnicos que se incorporan en las nuevas tecnologías que las hace más eficientes o productivas o también por cambios producidos en el sistema económico. Mientras menos obsoleto sea el proceso, se le dará más puntuación. Disponibilidad y costos de materias primas: Se refiere a que tan disponibles se encuentran los reactivos utilizados para la síntesis del producto. Complejidad del proceso (Número de unidades y tipo): Hace referencia al número de unidades y de corrientes existentes en el proceso, cuantas más unidades hayan menor será la calificación. Grado de integración con la industria: Hace referencia al grado de integración que haya entre el lugar donde están disponible las materias primas y el lugar de producción. Esta calificación no tiene mucha variación entre una tecnología y otra, ya que una vez escogido el lugar de ubicación de la planta, la consecución de los reactivos para determinada tecnología será casi invariable. Estado de desarrollo del proceso: Un proceso cualquiera puede estar en una de las siguientes etapas: Infancia, adolescencia, madurez u obsolescencia. De acuerdo a esta clasificación calificamos nuestros procesos, otorgando una menor calificación a un proceso que se encuentre en la obsolescencia o la infancia y una mayor calificación a aquel que se encuentre en la adolescencia o madurez. Disposición de desechos: Al igual que en el criterio de grado de integración, esta calificación no variará mucho de una tecnología a otra ya que los procedimientos son básicamente los mismo; sin embargo un proceso con mayor número de unidades y/o reactores aumentara los desechos producidos. De igual manera un proceso con mayor cantidad de materia primas empleadas, ocasionara más desechos. En lo anterior precisamente se basa la calificación; a mayor numero de desechos, menor calificación.

33

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Grupo 2: Nitrobenceno

Economía del proceso: Este criterio se refiere a los costos acarreados por la puesta en marcha del proceso completo, mientras menores sean estos costos, mayor será la economía del proceso y mayor será la calificación; y a mayores costos, menor será la calificación. Uso de energía: Este criterio es similar al anterior, sin embargo para los criterios de calificación tuvimos en cuenta la existencia de unidades que aprovecharan la energía generada en procesos exotérmicos para su posterior utilización en otros procesos. Aspectos de seguridad: Este criterio lo calificamos de acuerdo a las condiciones generales de operación, en algunos procesos se trabaja por encima de la presión atmosférica, estos procesos donde hay sobrepresión son por lo regular de un mayor cuidado al momento de garantizar la seguridad del proceso y por ende será más difícil su control; teniendo una calificación más baja. Eficiencia del proceso: En este criterio calificaremos de acuerdo a la conversión lograda en la(s) unidad(es) de reacción. A continuación se presentara una matriz de calificación, con la cual se evaluaran las diferentes tecnologías y con base en esta se escogerá la tecnología adecuada. TECNOLOGÍA CRITERIOS

Obsolescencia (4%) Complejidad proceso (5%) Estado desarrollo Tecnológico proceso (5%) Eficiencia del proceso (17%) Grado integración industria (10%) Disposición Social desechos (9%) Economía del proceso (12%) Patentes, costos licencia y regalías (10%) Financiero Uso de energía (7%) Aspectos de seguridad (10%) Disponibilidad y Proveedores costos de materias primas (11%) Total

A

B

C

D

E

F

G

5

7

5

5

6

6

8

4

7

6

8

6

6

3

5

6

6

6

7

7

9

7

8

5

7

6

7

9

7

7

7

7

7

7

7

8

5

4

8

7

7

9

7

6

6

8

6

6

8

6

6

6

8

6

6

7

2

5

4

2

7

7

8

4

7

5

3

7

4

9

8

8

8

8

8

8

8

6,12

6,69

5,69

6,59

6,63

6,5

7,96

Basándonos en las calificaciones asignadas a cada uno de los aspectos de cada proceso y del total ponderado que se obtuvo por cada uno, seleccionamos como tecnología más conveniente y estratégica para nuestro mercado, la descrita por el proceso G.

Grupo 2: Nitrobenceno

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