proceso industrial del polipropileno, Resúmenes de Química

¡Descarga proceso industrial del polipropileno y más Resúmenes en PDF de Química solo en Docsity! POLIPROPILENO Corso P. 20.383.585; López A.21.466.186; Caleffi C. 17.200.923; Dominguez. N 11.051.386; Diaz G. 20.722.458 Faculta de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Industrial. Asignatura (Principios y Procesos Químicos), Sección 105I1. Fecha de entrega: (16 de julio del 2016) corsopaty@gmail.com arthurlpz.s@gmail.com cesarcaleffi30@gmail.com neptalodna@gmail.com giamirisdiaz93@gmail.com Resumen: El polipropileno(C3H6)n,es uno de esos polímeros versátiles que andan a nuestro alrededor. Cumple una doble tarea, como plástico y como fibra. El polipropileno se obtiene a partir del propileno extraido del gas petróleo. En 1954 el italiano G. Natta, siguiendo los trabajos elaborados por K. Ziegler en Alemania logra obtener polipropileno de estructura regular denominada isotactica. Su comercialización en Europa y Norteamérica se inicio rápidamente en 1957, más que todo en aplicaciones para enseres domésticos .Actualmente es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos, tejido ETC. La investigación a continuación tiene como propósito estudiar aspectos del polipropileno como: historia, composición, fabricación, usos, etc del polipropileno. Los objetivos planteados para el trabajo son 2) Analizar el proceso químico empleado para la obtención del polipropileno, 2) Mencionar propiedades físicas y químicas del polipropileno 3) Describir mediante de diagrama de bloques y equipo el proceso de obtención del polipropileno. 1.-INTRODUCCION El polipropileno es un plástico de desarrollo relativamente reciente que ha logrado superar las deficiencias que presentaba este material en sus inicios, como eran su sensibilidad a la acción de la luz y al frío. Se le conoce con las siglas PP, es un plástico muy duro y resistente, opaco y con gran resistencia al calor pues se ablanda a una temperatura más elevada de los 150 ºC. Es muy resistente a los golpes aunque tiene poca densidad y se puede doblar muy fácilmente, resistiendo múltiples doblados por lo que es empleado como material de bisagras. También resiste muy bien los productos corrosivos. Se obtiene principalmente a partir del propileno extraído del gas del petróleo y el polipropileno se genera a partir de la polimerización de propileno Los objetivos planteados para el trabajo son: Analizar el proceso químico empleado para la obtención del polipropileno, mencionar propiedades físicas y químicas del polipropileno, describir mediante de diagrama de 1.- Presentación con claridad del formato (3pts) 2.- Procesamiento de fundamentos teóricos legales (4pts) 3.- Análisis e interpretación de la descripción del proceso (5pts) 4.- Coherencia del diagrama de flujo de procesos (3pts) 5.- Capacidad de síntesis (resumen, introducción y conclusiones) (3pts) 6.- Desarrollo de las referencias bibliográficas (2pts) bloques y equipo el proceso de obtención del polipropileno. El proceso químico como tal se abordara explicando brevemente de donde proviene el propileno (monómero) y luego detalladamente el proceso de polimerización de este, que es el que finalmente da lugar al polipropileno. Existen a nivel industrial 3 tipos de procesos químicos para la obtención del PP: El “Slurry”, el proceso en masa con monómero en fase gas y el Proceso en masa con monómero en fase liquida. Este ultimo por ser el más utilizado industrialmente se mostrara detalladamente mediante su diagrama de bloques y posteriormente su diagrama de equipos. 2-. FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1 Origen En 1954 el italiano G. Natta, siguiendo los trabajos elaborados por K. Ziegler en Alemania, logró obtener polipropileno de estructura muy regular denominado isotáctico. Su comercialización en Europa y Norteamérica se inicio rápidamente en 1957, en aplicaciones para enseres domésticos. Los trabajos de Natta y Ziegler que permitieron conseguir polímeros de etileno a partir de las olefinas, abrieron el camino para la obtención de otros polímeros. Este plástico, también con una estructura semicristalina, superaba en propiedades mecánicas al polietileno, su densidad era la más baja de todos los plásticos, y su precio también era muy bajo, pero tenía una gran sensibilidad al frío, y a la luz ultravioleta, lo que le hacía envejecer rápidamente. Por este motivo su uso se vio reducido a unas pocas aplicaciones. Pero el descubrimiento de nuevos estabilizantes a la luz, y la mayor resistencia al frío conseguida con la polimerización propileno−etileno, y la facilidad del PP a admitir cargas reforzantes, fibra de vidrio, talco, amianto y el bajo precio de dieron gran auge a la utilización de este material. 2.2 Características del proceso -El propileno es obtenido como subproducto de producción de etileno o como subproducto de operaciones de refinerías. -El polipropileno (C3H6)n se obtiene mediante la polimerización de propileno (C3H6) -La polimerización propiamente dicha tiene lugar el encadenamiento de las unidades monómeros, que son sustancias no saturadas, por apertura de sus dobles enlaces o de sus estructuras cíclicas. El enlazamiento se efectúa sin separación de moléculas sencillas, de modo que la composición centesimal del polímero es la misma que la del monómero de partida. -En todo proceso de polimerización hay tres etapas características, que son: la reacción de iniciación, la de crecimiento o propagación en cadena y la de ruptura o terminación. La reacción de iniciación es la que produce la activación del doble enlace, proceso previo necesario para el encadenamiento de los monómeros en las reacciones de crecimiento. La reacción de ruptura es la que interrumpe el crecimiento ilimitado de la cadena polímerica. -La activación del doble enlace en la reacción de iniciación puede tener lugar por acción de la luz, del calor, de ultrasonidos, de formadores de radicales o por catalizadores ácidos y básicos. -Internacionales: LyondellBassel Industries: Compañía cuyo propósito es el refinamiento de químicos y plásticos. Cuenta con aproximadamente 56 plantas distribuidas en 19 países. Es el mayor productor mundial de PP y el quinto de PE, aunque primero en Europa. Empresa de raíces holandesas cuya sede principal actualmente se encuentra en Houston, Texas. En 2007 crea BASSEL POLYOLEFINS por 12.7 billones de dólares, producto de la unión de BASF and Royal Dutch Shell. En la actualidad poseen plantas en todos los continentes. La capacidad de producción anual en cuanto a los polímeros varía entre 1 y 3 billones de libras anuales. Sabic: Empresa ubicada en Riyadh, Arabia Saudita, posicionada como una de las más grandes petroquímicas manufactureras del mundo. Fundada en 1976. El 70 % pertenece al gobierno de Arabia Saudita y resto a inversionistas privados. Su finalidad es la manufactura de químicos, producción de poliolefinas (polietileno, polipropileno etc), fabricación de plásticos metales y agro-nutrientes. Su capacidad de producción aproximada es de 68.5 millones de toneladas métricas al año. Posee plantas y oficinas en Norteamérica, Africa, Asia y Europa. Formosa Plastics: De raíces taiwanesas sin embargo su sede principal está ubicada en Livingston, Nueva Jersey. Se encarga de la producción y manufactura de poilivinilcloruro, resinas y polímeros plásticos en general. Posee plantas distribuidas en Estados Unidos y Asia (específicamente Taiwan). Su capacidad de producción Anual solo para le polipropileno es aproximadamente de 1.3 billones de libras. -Nacional: Propilven: Es una empresa venezolana de capital mixto, productora de polipropileno grados homopolímeros, copolímero srandom e impacto. La empresa fue constituida en 1985, con su planta ubicada en el Complejo Petroquímico Zulia "Ana María Campos", en la costa nororiental del Lago de Maracaibo, al noroeste de Venezuela. La capacidad instalada de Propilven a principio de la década de 1990 fue de 70.000 toneladas; para 1996 se incrementó a 84.000 toneladas métricas por año. Llegó A 110.000 en el año 2004. Con el plan de expansión lograron un incremento de 34 .000 toneladas más con lo cual se generaron más de 160 plazas de trabajos directos. 3.-FUNDAMENTO LEGALES Las normas COVENIN o ASTM no aplican para el polipropileno como tal. Existen normas COVENIN que contemplan las características mínimas que deben cumplir los envases plásticos y contenedores tejidos de polipropileno (COVENIN 2626-89) pero como se dijo anteriormente no aplica para el polipropileno como tal. 4.- MATERIA PRIMA E INSUMOS MATERIA PRIMA: PP Homopolimero  Propileno La materia prima para la polimerización del polipropileno en todo proceso es el propileno, que se obtiene a partir de la refinación del petróleo o gas natural. El propileno el al materia prima más barata en la producción de polímeros, se parte de ellos para crear toda una variedad de monómeros combinados para producir una extensa serie de productos. PP Copolimero:  Propileno  Etileno: Gas incoloro, de sabor dulce y olor agradable que se emplea en síntesis químicas. En el caso de la polimerización del PP si se quieres producir un PP copolimero agrega al proceso entre un 5 % y 30 % de etileno para mejorar propiedades mecánicas como la resistencia al impacto (ej. Cauchos) INSUMOS: Proceso en Suspension o “Slurry:  Catalizador: Ziegler-Natta. Un catalizador Ziegler-Natta puede ser definido como un compuesto de un metal de transición que mediante un enlace metal- carbono es capaz de realizar la inserción repetitiva de unidades olefínicas. Generalmente, el catalizador consiste en dos componentes, por ejemplo. Una sal de metal de transición, más frecuentemente un haluro (TiCl4 o tetracloruro de titanio), y alquilo metálico, como activador o cocatalizador (Al(CH5)3) (Trieltilaluminio), que tiene el propósito de generar el enlace metal – carbono activo.  Diluyente: Hidrocarburos como heptano, butano etc. Proceso en masa con monómero en fase liquida y gas:  Catalizadores: La polimerización puede hacerse con catalizadores Ziegler-Natta y por polimerización catalizada por metalocenos. Un catalizador Ziegler-Natta puede ser definido como un compuesto de un metal de transición que mediante un enlace metal- carbono es capaz de realizar la inserción repetitiva de unidades olefínicas. Generalmente, el catalizador consiste en dos componentes, por ejemplo. Una sal de metal de transición, más frecuentemente un haluro (TiCl4 o tetracloruro de titanie), y alquilo metálico, como activador o cocatalizador (Al(CH5)3) (Trieltilaluminio), que tiene el propósito de generar el enlace metal – carbono activo. Los catalizadores metalocenos son compuesto de fórmula general (C5R5)2M El sistema catalítico está formado por un metaloceno (un compuesto formado por dos aniones ciclopentadienilo unidos a un átomo metálico central con estado de oxidación II) de un metal de transición del grupo IV (Ti, Zr, Hf, etc.) y un compuesto de aluminio. A diferencia de los catalizadores Ziegler-Natta, los cuales presentan centros activos con diferente estéreo selectividad, los catalizadores metalocénicos tienen una estructura molecular definida. Esto permite no solo la producción de polímeros extremadamente uniformes con distribuciones estrechas de pesos moleculares, sino también correlacionar la actividad y la estereoregularidad con la estructura molecular del catalizador. ( ej. dicloruro de etilenbisindenil , dicloruro de difenilmetilindeno etc)  Hidrogeno: En estos procesos se utiliza para controlar el peso molecular del polipropileno producido ya que dependiendo del uso posterior que se le quiera dar al PP el peso molecular de este varia. Se utiliza en concentraciones que van de 0.05 – 1 %  Compuestos organometalicos: Que sean derivados del Zinc y Cadmio, también se pueden usar para el control del peso molecular.  Nitrogeno: El uso de gases inertes, como el nitrógeno, para el secado de las poliamidas disminuye el tiempo de secado cuando se trabaja a altas temperaturas, pero a estas condiciones se incrementarían los costos. 5.- PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS 5.1 Propiedades físicas:  Solido sin olor.  Color blanco-transparente.  Apariencia física esférica o también llamada pallets.  Punto de Ebullición de 320 °F (160°C)  Punto de Fusión 173°C  La densidad del polipropileno, está comprendida entre 0.89 y 0.91 gr/cm3. Es la más baja de los polímeros comerciales. Por ser tan baja permite la fabricación de productos ligeros debido a su relación masa/volumen.  Es un material más rígido que la mayoría de los termoplásticos. Una carga de 25.5 kg/cm2, aplicada durante 24 horas no produce deformación apreciable a temperatura ambiente y resiste hasta los 70 grados C.  Posee una gran capacidad de recuperación elástica. Es decir recupera sus dimensiones originales luego de retirado un esfuerzo. 5.2 Propiedades químicas:  Tiene naturaleza apolar, y por esto posee gran resistencia a agentes químicos. Es decir se dificulta la interacción directa de este polímero con otros químicos. (ej. Ácidos)  Presenta poca absorción de agua, por lo tanto no presenta mucha humedad ya que tiene un bajo coeficiente de absorción de humedad (0.02 kg/m 2 . h 0.5 )  El polipropileno tiene una buena resistencia química pero una resistencia débil a los rayos UV, generando degradación. La energía UV absorbida por los plásticos puede excitar a los fotones, que entonces crean radicales libres. Mientras que muchos plásticos puros no pueden absorber la radiación UV, la presencia de residuos de un catalizador y otras impurezas a menudo actúan como receptores y causan la degradación (aspecto calcáreo y cambio de color)  El PP es resistente a disolventes orgánicos ( ej. Cloformo, acetona, tetrahidrofurano) reciclado, por ejemplo al reciclarse se pueden obtener señales luminosas, cables de batería, escobas, cepillos, raspadores de hielo etc, sin embargo el PP es altamente resistente a la degradación impuesta por la naturaleza y con una vida media muy alta. Producto terminado A pesar de la utilidad del PP en la vida cotidiana, una vez que el PP (al igual que otros polímeros plásticos) se han utilizado se convierten en residuos que forman parte de los residuos sólidos urbanos (RSU) generados en grandes cantidades. Los RSU originan problemas de contaminación del agua, aire y suelo, que impactan directamente al ambiente y a la salud. Proceso A nivel del proceso si partimos de la producción, los polímeros necesitan menos recursos energéticos que otros sectores. El impacto ambiental en la producción de materias primas y en la industria de fabricación y transformación de de polímeros es poco significativo debido a factores tales como: la poca utilización de combustibles fósiles (sólo el 5% del petróleo que se consume mundialmente es usado para producir polímeros plásticos), bajo consumo de energía eléctrica, poca demanda de agua, bajo nivel de emisiones atmosféricas y vertimientos y facilidad de reciclar los residuos sólidos industrial. 10. CONCLUSIONES  El polipropileno es un polímero que surge de la polimerización de propileno.  Para la polimerización son necesarios catalizadores bien sean Ziegler-Natta o metalocenos. Su selección dependerá del tipo de polipropileno que se quiera generar y que estructura es la más adecuada para el producto final (isotactico, sindiotactico, atactico)  La polimerización Ziegler-Natta y con metalocenos del propileno da lugar a polipropileno altamente isotáctico, parcialmente cristalino, de elevada rigidez y dureza.  La materia prima a utilizar en el proceso define el tipo de PP producido (PP Homopolimero, PP copolimero)  Existen 3 clasificaciones de procesos para polimerizar al propileno. Los insumos pueden variar en cada proceso.  El proceso en masa con monómero en fase liquida y fase gas son los más utilizados actualmente, y no necesitan de un disolvente adicional a diferencia del proceso en suspensión.  El proceso Spheripol es el proceso en masa más utilizado comercialmente por las mejoras que ofrece ante el proceso de suspensión. Además se puede considerar un proceso hibrido ya que trabaja con reactores en fase liquida primeramente y luego con reactores en fase de gas.  En Venezuela existe la empresa Propilven, única encargada de polimerizar el propileno. Esta empresa también comercializa el PP a empresas nacionales que están encargadas únicamente de su transformación (empresas de plástico, bolsas etc)  A nivel mundial existen muchas empresas petroquímicas que también se dedican a polimerizar no solo PP sino otros polímeros y al mismo tiempo se encargan su comercialización y transformación  No hay norma Covenin ni ASTM que represente al proceso de polimerización de PP, solo normas que regulan su transformación.  El impacto Ambiental del PP esta mas evidenciado en el uso del producto terminado, es decir son más las repercusiones luego de transformado el PP.  En el código de identificación de plásticos le corresponde en numero 5, se puede observar en envases plásticos y bolsas de comida etc. Es reciclable pero resistente a biodegradación. 11.ANEXOS Anexo A Imagen 7.1.a Diagrama de bloque para proceso en suspensión Imagen 7.1.b Diagrama de bloque para proceso en masa con monómero en fase liquida Imagen 7.1.b Diagrama de bloque para proceso en masa con monómero en fase gas Imagen 7.2.c Diagrama de equipo Proceso Novolen y Unipol respectivamente Imagen 7.2.d Diagrama de equipo Proceso en suspensión llamado Montecatini. Anexo B Imagen 9 Codigo de identificación de plásticos Símbolo | Tipo de Plástico Propiedades Usos Comunes fx PET PolietilenTereftalato! Contacto alimentario, Bebidas, refrescos y agua, envases u) (Patyethylene resistencia fisica, propiedades - [para alimentos (aderezos, eos htalato) térmicas, propiedades barreras, [mermeladas, jaleas, cremas, PET P ligereza y resistencia química. . |farmacéuticos, etc.) Var HDPE Poco flexible, resistente a ¡Algunas bolsas para supermercado, 2, [Polietileno de alta E ande bolsas para congelar, envases para e) densidad a nop leche, helados, jugos, shampoo, pigmentar, fabricar y manejar. pS (High Density Se suaviza a los 75% químicos y detergentes, cubetas, HDPE |Polyethylene) tapas, etc Es duro, resistente, puede ser £aA |evo claro, puede ser utilizado con — [Envases para plomería, tuberías, QU) Policloruro de vinilo solventes, se suaviza a los "blister packs", envases en general, (Plasticised Polyvinyl |80*C. Flexible, claro, elástico, mangueras, suelas para zapatos, pvc [Chloride PCv-P) puede ser utilizado con cables, correas para reloj solventes. Na LDPE Polietileno de baja Suave, flexible, traslucido, se Ñ u) densidad A suaviza a los 70*C, se raya Peleuls parsiempaques hol basipare A : basura, envases para laboratorio. LDPE (Low density fácilmente. Polyethylene) J2 PP Difícil pero aún flexible, se Bolsas para frituras, popotes, equipo . A para jardinería, cajas para alimentos, 'olipropileno suaviza a los ,traslucido, Pol [ los 140*C. lucid a cintas para empacar, envases para (Polypropylene) soporta solventes, versátil o PP uso veterinario y farmacéutico. ÍA. los Claro, rígido, opaco, se rompe — [Cajas para discos compactos, 26) Bolisifilano con facilidad, se suaviza a los [cubiertos de plástico, imitaciones de (Polystyrene) [95*C. Afectado por grasas y |eristal, juguetes, envases PS eS solventes. cosméticos. LM lose [Tazas para bebida calientes, 6 Esponjoso, ligero, absorbe charolas de comida para llevar, Poliestireno Expandido n ) (Expanded Polyetyrene). [e"ergía, mantiene temperaturas [envases de hielo seco, empaques PS-E Pp yt para proteger mercancía frágil a u) OTHER OTHER Otros (SAN, ABS, PC, Nylon ) Incluye de muchas otras resinas y materiales. Sus propiedades dependen de la combinación de los plásticos [Auto partes, hieleras, electrónicos, piezas para empaques