Universidad Tecnológica de Nezahualcóyotl

Contaminación del Aire por Fuentes Fijas

División de Química área Tecnología Ambiental

Alumno: Prudencio Moctezuma Erick Ismael

Profesora: Nava Hernández Edith

Caso Práctico:

Proceso para la obtención de Isopropanol

01/03/2015

INTRODUCCIÓN

El 2-propanol, isopropanol o comercialmente llamado como alcohol isopropílico. Es un alcohol incoloro, inflamable, con un olor intenso y muy miscible en agua.

En química orgánica es un isómero mejor conocido como alcohol secundario, donde el carbono del grupo alcohol está unido a otros dos carbonos.

Cuando se oxida se convierte en acetona, ya que los alcoholes secundarios tienen a transformarse en cetonas.

Las obtenciones para este producto se consiguen mediante la hidratación del propileno. Hay dos tipos de proceso para la hidratación del propileno: está la hidratación indirecta por medio de ácido sulfúrico, y la otra vía es por medio de hidratación directa.

Los usos del alcohol isopropílico son las siguientes:

En medicina: se utiliza en la obtención de acetona, anhídrido acético, es un disolvente de aceite.

Para lineamientos: lociones para la piel, productos farmacéuticos, lacas, procesos de extracción como agente deshidratante y anticongelante.

En la salud: se utiliza como un relajante muscular de uso tópico. También se utiliza para limpiar los oídos que están obstruidos por agua, porque el alcohol acelera la evaporación del líquido. El alcohol isopropílico se utiliza tópicamente para matar gérmenes.

Para la limpieza: se utiliza como un solvente para desengrasar y eliminar la suciedad de las cocinas, también se utiliza para la limpieza de cuartos de baño, ideal para limpiar vidrios y espejos. Es un ingrediente común en los champuses, jabones y limpiadores, entre otros.

Usos más comunes: también se utiliza para la limpieza de cabezas para cintas (casetes); es auxiliar en la limpieza de equipos y componentes electrónicos, audio y video, pantallas de cristal líquidos, plasma, led, discos compactos y DVD.

INDUSTRIAS QUE PRODUCEN ISOPROPANOL

Quimicompuestos S.A. de C.V.

Abaquim, S.A.

Silimex S.A de C.V.

AG Química S.A. de C.V.

CH3-CH=CH2

H2SO4CH3-CH-CH3

| OSO3H

→+

CH3-CH-CH3|

OSO3HH2O+ →

CH3-CH-CH3|

OH

Δ

H2SO4+

Alquimia Mexicna S.A. de C.V.

ASLO Reactivos S.A. de C.V.

Astroquim S.A. de C.V.

Avantor S.A. de C.V.

Basicchem de México S.A. de C.V.

INDUSTRIA DÓNDE SE ELABORA ISOPROPANOL

Química Jerez S.A. De C.V.

PROCESO A PARTIR DE PROPILENO

El alcohol isopropílico se obtiene a partir del propileno, por adición de agua de forma enteramente análoga a como se hace como en el etileno para obtener el etanol.

El propileno se pasa a una torre de riego donde cuya parte superior se deja caer ácido sulfúrico al 96%, que reacciona con el propileno formándose el éster llamado sulfato de isopropilo.

Se diluye inmediatamente con agua directo a la mezcla de sulfato de isopropilo y se calienta, con lo cual se saponifica el éster. Así, el alcohol se destila mientras que el ácido se destila. Mientras que el ácido sulfúrico regenerado se encuentra en la torre se recoge, se purifica, concentra y hace retornar al ciclo.

Reacción y estructura molecular durante los procesos para la obtención del producto.

10

Ecuación balanceada de la entrada de reactivos, salida de subproductos, entrada salida sub final y obtención de los productos finales

Tipos de reacción: exotérmica y endotérmica

DIGRAMA DE PROCESO DE ISOPROPANOL

1

Las primeras reacciones que se presentan son exotérmicas al agregar ácido sulfúrico al propileno.

Entrada de H2SO4 al 96%

CH3-CH=CH2 + H2+1SO4

-2 → (CH3)2CH+1(O-SO3H)-1

Δ Ecuación Balanceada

(CH3)2CH+1(OSO3H)-1 + H2+1O-2 → (CH3)2CH+1OH-1 + H2

+1SO4-2

Δ3 -C- 3

10 -H- 10 1-S- 15 -O- 5

Entrada depropileno

H2O

Ester

Vapor

NaOH

Cuando el subproducto “éster de isopropilo” se agrega agua y vuelve a calentarse comienza una reacción endotérmica con los productos finales: isopropanol y ácido sulfúrico. El ácido pasa a un proceso de tratamiento y vuelve de nuevo la recirculación para el proceso ya mencionado.

Descripción de los procesos (diagrama):

1. Entra la mezcla de propeno y ácido sulfúrico en la primer torre, produce una reacción exotérmica, y lo cual produce una esterificación haciendo el subproducto sulfato de propilo.

2. En el segundo tanque el subproducto se disuelve con agua, pasa por un medio de bombeo.

3. Entra a la segunda torre donde la mezcla se somete a altas temperaturas, en donde los intercambios de valencia se producen y se forman los productos finales; en tanto el isopropanol, siendo un compuesto orgánico volátil se desprende del ácido, y se dirige hacia la otra torre. El ácido pasa por un proceso de tratamiento para luego volver a utilizar en los mismos procesos ya mencionados. Tipo de reacción en este proceso: endotérmica.

4. En la siguiente torre el isopropanol volatilizado pasa por un lavado de hidróxido de sodio, el cual se remueven las impurezas que se llevó el producto final. El depósito de sustancias residuales se dirige al tanque 7.

5. Pasa al siguiente tanque donde se almacena de forma temporal el isopropanol y pasa por bombeado a la siguiente torre.

6. En la torre 6 separa los componentes residuales ya neutralizados y se separan del alcohol isopropílico, lo cual en la torre número 7 se dirigen sólo los residuos que quedaron durante su proceso, al igual que el agua entre otros componentes.

7. En la torre 7 se dirigen los residuos. En esta torre se encuentra algunas cantidades residuales de sustancias que se utilizaron durante el proceso. También esta torre contiene éter isopropílico. En este proceso el éter se desprende de los residuos y se dirige hacia otra torre para su tratamiento.

8. La torre 8 dispone sólo del producto de interés, el cual pasa por un proceso de un tratamiento, limpieza de impurezas.

Éter isopropílico

H2O y deshechos de residuos

Isopropanol puro

Recirculación

9. La torre 9 dispone la descarga con el contenido a una concentración y una pureza determinada; en este caso a veces debe de nuevo pasar por el mismo proceso, inclusive lleva un proceso de recirculamiento. Por otro lado el tanque dispone de dos conductos: para la circulación y la otra es transferencia final del proceso de producto.

10.Tanque de almacenamiento número 10 se mantiene el producto con algunas impurezas, y debe pasar a la torre 8 para la neutralización de otros componentes. Pasa por proceso de circulación.

Propiedades de los isopropanoles

Tipo de reacción para su obtención

Primera etapa: exotérmica Segunda etapa: endotérmica

Punto de fusión y ebullición:

-89.5°C 84.4°C

Reactivos durante su proceso:

Propeno Ácido sulfúrico

Subproducto:

Sulfato de isopropilo

Productos finales:

Isopropanol Ácido sulfúrico

Estado de agregación:

Líquido En el medio ambiente se volatiliza

ZONA O REGIÓN DONDE SE UBICA LA INDUSTRIA

Tlalnepantla, Estado de México

EMPRESA o COMPAÑÍA:

Química Jerez S.A. de C.V.

Dirección:

Pirul No. 34 Col. Bellavista C.P. 54090, Tlalnepantla, Estado de México.

SERVICIOS Y CARACTERPISTICAS QUE OFRECE LA EMPRESA:

Es una empresa orgullosamente mexicana y profundamente comprometida con el medio ambiente, más del 90% de sus productos están hechos con materiales reutilizables y sus composiciones son en su mayoría biodegradables, cada uno de sus productos cuenta con una ficha técnica y su respectiva hoja de seguridad.

APLICACIÓN ALOHA

SITE DATA: Location: Tlalnepantla, Estado de México Building Air Exchanges per hour: 0.27 (unsheltered single storied) Time: March 1, 2015 14:49 hours ST

CHEMICAL DATA: Chemical Name: ISOPROPANOL Molecular Weight: 60.10 g/mol PAC-1: 400 ppm PAC-2: 400 ppm PAC-3: 12000 ppm IDLH: 2000 ppm LEL: 20000 ppm UEL: 127000 ppm Ambient Boiling Point: 75.4° C Vapor Pressure at Ambient Temperature: 0.057 atm Ambient Saturation Concentration: 75,316 ppm or 7.53%

ATMOSPHERIC DATA: Wind: 1.11 meters/second from 310° true at 10 meters Ground Roughness: urban or forest Cloud Cover: 5 tenths Air Temperature: 21° C Stability Class: D No Inversion Height Relative Humidity: 50%

SOURCE STRENGTH:Salida directa: 2500 Kg/h Altura de salida: 0Duración de liberación: 60 minutosCantidad de liberación: 41.7 Kg/minTotal: 2500 Kg

THREAT ZONE: Model Run: Heavy Gas

Red : 24 meters --- (12000 ppm = PAC-3) Note: Threat zone was not drawn because effects of near-field patchiness make dispersion predictions less reliable for short distances.

Orange: 157 meters --- (400 ppm = PAC-2) Yellow: 157 meters --- (400 ppm = PAC-1)

PUNTO DE AMENAZA:Concentración estimada desde el punto:Oeste: 45.7 metros Norte: 45.7 metrosDesde este punto la concentración no excederá los niveles mínimos de preocupación.

MARCO LEGAL:Normas Oficiales Mexicanas

NOM-CCAT-019-ECOL/1993 “Contaminación atmosférica - fuentes fijas - niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de partículas (PST), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOX), óxidos de azufre (SOX) y humo, así como los requisitos y condiciones para la operación de los equipos de combustión de calentamiento indirecto utilizados en las

fuentes fijas, que usan combustibles fósiles líquidos y gaseosos o cualquiera de sus combinaciones”

NOM-085-SEMARNAT-2011 “Contaminación atmosférica-Niveles máximos permisibles de emisión de los equipos de combustión de calentamiento indirecto y su medición”.

NOM-052-SEMARNAT-2005 “Características, el procedimiento de identificación, clasificación y los listados de los residuos peligrosos.

NOM-038-SEMARNAT-1993 “Métodos de medición para determinar la concentración de dióxido de azufre en el aire ambiente y los procedimientos para la calibración de los equipos de medición.

NOM-039-SEMARNAT-1993 “Niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de dióxido de azufre y neblinas de ácido sulfúrico, en plantas productoras de ácido sulfúrico.

Normas o Leyes Constitucionales en Materia Ambiental

Artículos 32 fracciones I, XXIV y XXV de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal

5o. fracciones I y VIII, 6o. último párrafo, 8o. fracciones I y VII, 36, 37, 111 fracción I, del 161 al 169, 171 y 173 de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente

7o. fracciones II y IV, 16, 25, 46 y 49 del Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente en materia de Prevención y Control de la Contaminación de la Atmósfera

38o. fracción II, 40 fracciones I y X, 41 y 48 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.

Protección al ambiente

LEEGEPA, 3-1 LADF 5, 6 RLADF 52

Muestreo, monitoreo

De acuerdo con la NOM-085-SEMARNAT-2011:

El punto 6.5 determina que el caso de análisis instrumentales 6c, 7e y 10 de la USEPA, en que una muestra se extrae de la chimenea y se pasa por un analizador, se deberá muestrear y tomar lecturas durante al menos una hora con el fin de obtener valores promedio representativos, con el equipo de combustión en condiciones normales de operación. Para obtener los promedios se deben

tomar lecturas a intervalos iguales durante el tiempo que dure la corrida, con un mínimo de 60 lecturas.

En el apartado 6.6 en equipos menores a 1 000 GJ/h las emisiones de SO2 se pueden determinar mediante análisis en chimenea o a través de factores de emisión o balance de masas.

Fluorescencia pulsante en UV

Esta técnica se aplica a la medición de la concentración de dióxido de azufre en el aire.

Aquí se emplea la propiedad que tienen las moléculas de dióxido de azufre de emitir luz (fluorescencia), cuando éstas son excitadas por luz ultravioleta.

La molécula de SO2, tiene la propiedad de que tras ser apagada una fuente de luz Ultra Violeta (UV), que la ilumina, emite un pulso de energía luminosa dentro de la región del ultravioleta, pero en una longitud de onda diferente. Si esta luz es encendida y apagada de forma constante y con mucha frecuencia, obtenemos una serie de pulsos muy rápidos. Cuanto mayor sea la concentración de moléculas de SO2, más intensos serán los pulsos de luz emitidos. Midiendo la intensidad de la luz correspondiente a cada pulso, podremos conocer la concentración de SO2

presente en la muestra de aire que se analiza.

El mecanismo de reacción de la fluorescencia implica dos pasos, en el primero las moléculas de SO2 son irradiadas con fotones de 214 nm. Las moléculas absorben parte de la energía de los fotones provocando que uno de los electrones se mueva a un orbital de mayor energía.

El segundo paso implica la transición del estado excitado del SO2 a su estado basal liberando energía en la forma de un fotón (hν). La longitud de onda de este fotón es de 330 nm y se encuentra en el intervalo de luz ultravioleta sin embargo es de una energía menor.

La medición de bióxido de azufre es afectada por compuestos que fluorescen de la misma manera. Algunos compuestos orgánicos poliaromáticos como el naftaleno y el óxido de nitrógeno tienen un intervalo espectral similar al del dióxido de azufre. Para reducir esta interferencia estos compuestos se remueven empleando una membrana de difusión.

Monitoreo y muestreo para la concentración y cantidades de NaOH.

No hay información sobre monitoreo en NaOH en específico para una industria.

PROPUESTA DE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN

La siguiente propuesta para el control de las emisiones de dióxido de azufre son las siguientes:

Dispositivos de control, como absorción y reacción usando un reactivo alcalino para producir compuestos sólidos.

Además los siguientes conceptos para el control de los contaminantes.

Dispositivos como sistemas húmedos Sistemas de aspersión seca Sistemas secos

Este tipo de sistemas permitirán el tipo de reacciones que dejará que los gases se conviertan en otros productos, en el caso de SO2 los tratamientos mencionados anteriormente cuentan con sistemas de recolección una vez neutralizado los agentes, y el cual pasa por un precipitador electrostático. Los residuos pueden ser reciclados con otro tipo de tratamientos que no afecten al medio ambiente.

BUSCAR ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Las propuestas mencionadas con anterioridad son una de las más accesibles para la reducción de los contaminantes; también se busca la siguiente alternativa para la reducción de estos contaminantes a la atmósfera:

Dispositivos que permita durante las reacciones de los procesos captar los agentes contaminantes.

Maquinaria sofisticada para evitar emisiones.

OTRAS ALTERNATIVAS

Uso de precipitadores electrostáticos. Sustancias alcalinas que permitan las ionizaciones de los sulfuros Desulfurizadores de gases tipo Wet FGD Desulfurizadores de Semi-Dry FGD Desulfurizadores de seawater FGD

CONCLUSIONES

Desde el punto de vista teórico, las investigaciones sobre procesos de producción en base a los productos deseados incluyendo los compuestos nocivos que afectan a la salud son una parte importante y fundamental de la investigación, ya que desde este punto de vista referido permite el alcance a promover las ideas e innovar alternativas para la reducción de contaminantes emitidos hacia la atmosfera.

Con base a los datos e información obtenida del producto que se elabora en la industria tiene como propósito las cuestiones sobre los lineamientos en cuanto a las normatividades de seguridad, higiene, salud, monitoreo, análisis de los contaminantes que se generan durante los procesos para obtener el producto final.

Durante el lapso de un día, de acuerdo a los datos obtenidos durante los procesos, las emisiones de gases se esparcían hacia el este, por lo cual la concentración era más grande que la permitida en la zona que debía estar en el límite.

Sólo la concentración se ubicaba a un radio desde el punto de emisión a 150m por lo cual el agente contaminante emitido a la atmosfera no es mayor a medio kilómetro o más y que este sólo puede determinar que el agente emitido no afecta a la población en general.

La problemática de este tipo de procesos es que la empresa no cuenta con algún dispositivo que permita la reducción de los gases contaminantes causando enfermedades para los trabajadores, como daños a las vías respiratorias.

En cuanto a la salud pública, las exposiciones hacia este tipo de contaminantes son un arma letal ya que origina enfermedades a largo o corto periodo, por lo que las cuestiones de salubridad son muy indispensables. Esto permite que en cuanto a los diversos agentes que se encuentren en la atmosfera, sobre todo en la región donde la empresa elabora el producto esté bajo las normatividades, reglas y leyes que permitan métodos de reducción de contaminantes químicos hacia la atmósfera.

En vista práctico la investigación tiene como objetivo analizar los problemas en casos reales, los cuales lleve a cabo las propuestas y soluciones a los problemas ambientales en cuanto a agentes contaminantes emitidos al medio ambiente y las consecuencias que puede prevalecer.

FICHAS DE CONSULTA

Mayer, Ludwick(Métodos de la industria química 2)1987Editorial RevertéCiudad: Barcelona

Industria Química Jerez S.A. de C.V.http://quimicajerez.com/electronica-y-computacion/alcohol-isopropilicoPirul No. 34 Col. Bellavista C.P. 54090, Tlalnepantla, Estado de México.