Repblica Bolivariana De Venezuela.

Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa.

Universidad Nacional Experimental Politcnica De La Fuerza Armada.

Departamento De Ingeniera Petroqumica.

Ncleo Zulia.

Seccin: 07-IPE-D01

Isomerizacin

Integrantes

Azuaje Liz C.I.

Cardozo Hebert C.I. 23.463.165

Marquez Orlando C.I. 21.212.782

Morales Edglibeth C.I. 21.212.354

Palmar Thais C.I.

Rojas Jess C.I

Prof.: Zaolly Zambrano

Maracaibo, Mayo de 2013

Isomerizacin

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INDICE

Contenido Pg.

- Introduccin_______________________________________________ 3

1. Isomerizacin______________________________________________ 4

2. Procesos de Isomerizacin___________________________________ 4

a. Isomerizacin de C5-C6_________________________________ 4

i. Diagrama de Flujo_______________________________ 5

ii. Variables de Operacin___________________________ 6

iii. Reacciones y Productos Finales____________________ 7

iv. Catalizadores___________________________________ 8

b. Isomerizacin de C4___________________________________ 12

i. Diagrama de Flujo_______________________________ 13

ii. Variables de Operacin___________________________ 17

iii. Reacciones y Productos Finales____________________ 17

iv. Catalizadores___________________________________ 18

3. Importancia de la Isomerizacin_______________________________ 18

- Conclusin________________________________________________ 20

- Bibliografa________________________________________________ 21

Isomerizacin

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INTRODUCCIN

El petrleo es una mezcla de hidrocarburos que incluye desde gases muy livianos como

el metano hasta compuestos semislidos como las parafinas y otros ms complejos

como el asfalto, todos combustibles; pero si bien el petrleo crudo como tal puede

emplearse como combustible, necesita ser procesado en una refinera por diferentes

razones. La razn principal es que al ser el petrleo crudo una mezcla de muchos y

diferentes puntos de ebullicin, el conjunto como tal no puede satisfacer las diferentes

aplicaciones, y determinadas fracciones deben ser extradas, refinadas y modificadas

utilizando una variedad de procesos.

La isomerizacin es un proceso importante en las refineras, complementa al reformado

cataltico y tiene por fin transformar las n-parafinas en isoparafinas. Su importancia

radica en la transformacin de nC4 e iC4 destinadas a alquilacin para producir altos

ndices de octano a partir de olefinas ligeras por adicin del isobutano; o ya sea para

aumentar el nmero de octano de los productos ligeros del pool de las gasolinas, tales

como fracciones de C5 o C5-C6 de destilacin primaria del crudo o las naftas ligeras de

procesos de conversin, de bajo nmero de octano.

El catalizador utilizado en ste proceso es similar al catalizador base de platino utilizado

en el reformado cataltico, pero las condiciones son mucho menos rigurosas. Sin

embargo Hernndez (2011) evalu la actividad cataltica de materiales de Pt soportados

en circonia tungstatada en la isomerizacin de n-heptano, se observ que el uso del

catalizador sintetizado por reflujo disminuye la actividad del craqueo mejorando la

selectividad hacia los ismeros de mayor octanaje, siendo una novedosa innovacin y

podra estudiarse para la utilizacin del catalizador antes mencionado en las refineras.

Isomerizacin

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1. ISOMERIZACION

Es aquel proceso qumico mediante el cual una molcula es transformada en otra que

posee los mismos tomos pero dispuestos de forma distinta en cuanto a su estructura

geomtrica. De este modo, se dice que la primera molcula es un ismero de la

segunda, y viceversa.

En una refinera, la isomerizacin complementa el reformado cataltico, y tiene por

objeto transformar las n-parafinas en iso-parafinas, ya sea para preparar productos

requeridos para transformaciones: n-C4 e i- C4, destinadas a alquilacin; ya sea para

aumentar el nmero de octano de los productos ligeros del pool de gasolinas, tales

como las fracciones C5 o C5-C6 de destilacin primarias del crudo o las naftas ligeras de

procesos de conversin, de bajo nmero de octano.

Los ismeros difieren en general en sus propiedades qumicas y fsicas. Los ismeros

que interesan en este proceso son los que tienen propiedades ms favorables en

cuanto a su utilizacin como combustibles.

En los ltimos aos la isomerizacin de nafta ligera ha adquirido una importancia

mayor para cumplir con las nuevas especificaciones en gasolina, ya que constituye una

de las vas ms atractivas para reducir el contenido en benceno.

2. PROCESOS DE ISOMERIZACIN

a. Isomerizacin de C5 y C6

Incrementa el valor agregado a las corrientes de naftas livianas de Topping obteniendo

una nafta isomerada de mayor valor octnico. Es un proceso de reordenamiento

molecular de parafinas lineales de pentano y hexano (RON 60) queda como resultado

una nafta (isomerado) (RON 82) de mayor valor octnico.

Seccin de Hidrotratamiento de Naftas (HTN) Tiene como objetivo la separacin del corte de pentanos y hexanos de la carga, y su

posterior tratamiento con hidrogeno para los contaminantes del catalizador de la

seccin de PENEX.

i. Diagrama de proceso

Isomerizacin

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Seccin de Alimentacin

En este proceso de hidrotratamiento la alimentacin utilizada son parafinas lineales de

pentano y hexano.

C5 C6

Apariencia Liquido incoloro con ligero olor a gasolina

Liquido incoloro con suave olor a gasolina

Frmula qumica C5H12 C6H14

Peso molecular 72.15 86.2

Temperatura de ebullicin

36 C 69C

Temperatura de fusin -129C

Densidad (agua=1) 0.630 Kg/L a 20C

Presin de Vapor 500mmHg a 25C 16Kpa a 20C

Solubilidad en Agua Ninguna Ninguna

Densidad de Vapor (aire=1)

2.50 3

Isomerizacin

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Descripcin del proceso

La seccin de HTN separa en un splitter el corte isomerizable de pentanos y hexanos

de la nafta liviana por la parte superior, y el corte de heptanos y superiores, no

isomerizables por la parte inferior.

La corriente de pentanos y hexanos se pone en contacto con hidrgeno y es llevada a

la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones, a travs de un horno

de proceso, antes de ingresar al reactor.

En el reactor se producen las reacciones de Hidrotratamiento sobre un catalizador de

Cobalto-Molibdeno para eliminar los contaminantes: metales, olefinas, y compuestos de

Azufre y Nitrgeno.

El efluente ingresa a un stripper para despojar por la parte superior los gases de Azufre

producidos en el reactor; y de all es tratado en un lecho absorbente, para eliminar

cualquier traza de Azufre que pueda aun contener para finalmente ser enviado a la

seccin de Penex.

ii. Variables de Operacin

Temperatura

Es la ms importante de las variables operativas y la que produce el efecto ms

inmediato sobre las reacciones. Las reacciones de desulfurizacin se ven favorecidas

por un aumento de temperatura, comienzan a valores de 230C y se incrementan a

medida que se eleva la temperatura hasta los 340C.

La eliminacin de compuestos oxigenados y nitrogenados es ms difcil. Se necesitan

temperaturas superiores a las utilizadas para la eliminacin de sulfuros.

Las reacciones de eliminacin de metales no son tan dependientes de la temperatura

aunque para la eliminacin total de estos se debe operar a una temperatura superior a

los 315C.

Las reacciones de saturacin de olefinas se comportan en forma similar a la

desulfurizacin pero son altamente exotrmicas, elevando la temperatura del lecho.

Una temperatura de operacin por encima de los 350C comienza a producir

reacciones de craqueo sobre el catalizador y de formacin de carbn.

Presin

La presin influye sobre la efectividad en la eliminacin de contaminantes y en el ciclo

de vida del catalizador. Una elevada presin en el reactor alarga la vida del catalizador

Isomerizacin

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debido a que evita la formacin de carbn y favorece la eliminacin de los

contaminantes.

Relacin hidrgeno a hidrocarburo

Se define como los metros cbicos de hidrgeno presentes en el sistema sobre los

metros cbicos de hidrocarburo a reaccionar. El hidrgeno mantiene el contacto fsico

entre el hidrocarburo y el catalizador y asegura que las reacciones qumicas se

produzcan en los sitios activos del catalizador. El hidrgeno en exceso es necesario

para evitar la formacin de carbn sobre el catalizador. La relacin hidrgeno a

hidrocarburo determina la presin parcial en el reactor.

Velocidad espacial

La velocidad espacial se define como la relacin entre la carga lquida al reactor y el

volumen de catalizador cargado y est relacionada inversamente con el tiempo de

contacto de la carga con el catalizador.

Una velocidad espacial superior a la de diseo, menor tiempo de contacto, puede

ocasionar que las reacciones no se produzcan totalmente; mientras que una velocidad

espacial inferior a la de diseo, mayor tiempo de contacto, favorece las reacciones de

craqueo y deposicin de carbn.

iii. Reacciones principales de HTN

Saturacin de Olefinas

La saturacin de los compuestos olefnicos a parafinas. El calor liberado por la reaccin

de olefinas en el catalizador de Penex afecta la termodinmica de la reaccin de

isomerizacin:

Desulfuracin

La eliminacin de los compuestos de Azufre que desactivan temporalmente los sitios

activos del catalizador de Penex:

Denitrificacion

La eliminacin de los compuestos de Nitrgeno que desactivan de forma permanente

los sitios activos del catalizador de Penex:

Isomerizacin

8

Eliminacin de Oxigenados

La eliminacin de los compuestos que reaccionan en el sitio acido del catalizador de

Penex desactivndolo en forma permanente:

iv. Catalizadores

En la seccin de Hidrotratamiento se llevan a cabo las reacciones con un catalizador de

Cobalto-Molibdeno.

Seccin Penex Tiene como objetivo la isomerizacin de las parafinas lineales de pentanos y hexanos.

i. Diagrama del Proceso

Isomerizacin

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Seccin de Alimentacin

En esta etapa del proceso de isomerizacin la alimentacin utilizada es nafta liviana

hidrotratada en HTN.

Descripcin del proceso

La carga de pentanos y hexanos, ya tratados en HTN, pasa a travs de unos secadores

cuya funcin es la de adsorber el agua disuelta, ya que esta se comporta como un

oxigenado frente al catalizador de Penex.

Luego de pasar por los secadores la corriente se lleva a temperatura de reaccin

mediante un sistema de intercambio con el efluente del mismo.

Mientras que en el primer reactor se favorece la cintica de las reacciones operando a

mayor temperatura, en el segundo se favorece el equilibrio termodinmico de las

mismas mediante su operacin su operacin a menor temperatura.

El efluente del segundo reactor es enviado a una torre estabilizadora para despojar los

compuestos livianos de la nafta isomerada.

Isomerizacin

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ii. Variables de Operacin

iii. Reacciones principales y productos finales de Penex

Isomerizacin de n-C5

Isomerizacin de n-C6

Presin (MPa) 1.7

Temperatura () 250-270

Velocidad especial (h-1) 1.0

Hidrogeno/Aceite(mol) 2.6

Capacidad de refinacin (m %)

proporcin de isomerizacin C5 >60

proporcin de isomerizacin C6 >80

Isomerizacin

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Mientras que la cintica de la reaccin se favorece operando a mayor temperatura,

mayor velocidad de reaccin, el equilibrio termodinmico se desplaza hacia los

ismeros operando a menor temperatura (110-260 C).

El producto final de esta etapa resulta de la siguiente manera:

Producto Nafta isomerada

RON 83.4

MON 81

Presin de Vapor 13psi

Ron de la alimentacin 69.3

iv. Catalizadores

El catalizador de isomerizacin usado tpicamente para la isomerizacin de nafta

ligera C5-C6 para aumentar el octanaje y la produccin de gasolina es platino sobre

almina clorada (Pt/Al2O3).

Isomerizacin

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Otros catalizadores comerciales son los zeolticos, que son menos activos que los de

almina clorada, ya que operan a temperaturas ms altas.

Se obtiene una conversin de n-C5 = 53 % (salida del 2 reactor), conversin de n-C6 =

76 % (salida del 2 reactor). Entre los contaminantes que afectan al catalizador H2O (0.5

ppm), Azufre (0.1 ppm) y Nitrgeno (0.1 ppm).

b. Isomerizacin de C4.

Para el estudio del proceso de Isomerizacin de butanos se tom como campo El

Complejo Refinador Paraguan en la Refinera Cardn, el cual cuenta con la Planta de

Isomerizacin del Complejo de Alquilacin, la cual tiene como propsito fundamental

producir isoparafinas (isobutanos) con una pureza aproximada de 50-60 % en peso,

para luego ser utilizadas con las olefinas livianas para producir el alquilato en la Unidad

de Alquilacin. El alquilato es uno de los componentes ms valiosos en la produccin

de gasolinas reformuladas, debido a su alto octanaje.

Para lograr dicho propsito la Unidad de Isomerizacin procesa las parafinas normales

(normal butano) provenientes de las Unidades de Alquilacin I y II, las cuales son

tratadas previamente para eliminar algunas de las impurezas que estas puedan traer

consigo. Esta carga es mezclada con una corriente de gas rico en hidrgeno, el cual

acta como promotor en la reaccin.

El hidrgeno suministrado a la Unidad de Isomerizacin / Alquilacin debe cumplir una

especificacin en los contenidos de monxido de carbono y de dixido de carbono que

se requieren en dicha Unidad, ya que si se sale de especificacin producira a corto

plazo un envenenamiento del catalizador y como consecuencia una parada de la

Unidad para ser reemplazado lo que representa un fuerte impacto econmico en la

empresa, tanto por el costo del catalizador como por la interrupcin de la produccin.

i. Diagrama del Proceso.

Para una mejor comprensin de la Planta de Isomerizacin (ver figura 1) se describen

los flujos de proceso en forma detallada, incluyendo los equipos, los principales lazos

de control y se destacan algunas condiciones de operacin importantes. La Planta se

ha subdividido en las siguientes secciones:

Isomerizacin

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Seccin de Alimentacin.

Seccin de Secado de butano.

Seccin de Reaccin.

Seccin de Secado de Hidrgeno.

Seccin de la Torre Estabilizadora.

Seccin de la Torre Lavadora de Gases.

Figura 1. Esquema general del proceso de isomerizacin del C4.

Seccin de Alimentacin.

La alimentacin de n-butano a la planta de isomerizacin consiste de tres corrientes

provenientes de diferentes fuentes.

La ms pequea de estas corrientes proviene de la torre Desbutanizadora ubicada en la

Unidad de Alquilacin I, la cual es tratada antes de enviarla a la Planta de somerizacin.

Isomerizacin

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La segunda corriente de normal butano proviene de los campos de produccin y es

trada por barco, generalmente desde el terminal de distribucin de Puerto Miranda.

Este n-butano es almacenado en los tanques esfricos y enviado a la Unidad de

Isomerizacin por medio de bombas.

Por ltimo, la mayor parte de la carga, consiste en el normal butano proveniente de la

Planta Alquilacin II.

Seccin de Secado

El objeto de los secadores es garantizar que la alimentacin tenga un contenido

mximo de agua de 1ppm en peso, ya que el agua desactiva permanentemente el

catalizador.

La corriente de butano entra por el fondo del primer secador y fluye a travs del lecho

de tamices moleculares en sentido ascendente para salir por el tope. Luego, esta

corriente es enviada al fondo del segundo secador para salir por el tope hacia el tanque

acumulador de la carga.

Los secadores operan los dos en serie, excepto cuando uno de ellos est siendo

regenerado y solo un secador est en servicio. La regenaracin se lleva a cabo segn

un programa determinada, basado en un tiempo fijo definido para cada uno de los ciclos

requridos, el cual esta calculado para garantizar que el contenido de agua a la salida

del secador sea inferior a 1ppm en peso.

Seccin de Reaccin

Una vez seco el butano, es enviado bajo control de flujo hacia la seccin de reaccin

por medio de las bombas de carga a los reactores.

La carga se mezcla con la corriente de gas de reciclo, la cual consiste bsicamente en

hidrgeno, y pasa a travs del intercambiador fro de carga, donde se calienta con el

efluente del segundo reactor.

La carga combinada con el gas de reciclo, pasa a travs del intercambiador caliente,

donde se calienta con el efluente del primer reactor. Por ltimo, el aumento final de

temperatura de la carga, se logra con el calentador de carga al reactor, donde el aceite

proporciona el calor requerido para la reaccin. Desde este ltimo calentador, la carga

combinada con el gas de reciclo entra por el tope del primer reactor, donde en

presencia del catalizador se lleva a cabo la reaccin de isomerizacin del n-butano a

Isomerizacin

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isobutano. La corriente sale por el fondo del primer reactor y se dirige al segundo

intercambiador, para ceder calor a la carga. Un instrumento de control de temperatura

regula el reflujo por el desvo del lado tubos (efluente del reactor) del segundo

intercambiador, para ajustar independientemente la temperatura de entrada al segundo

reactor.

A la salida de este intercambiador, la corriente pasa a travs del segundo reactor en

sentido descendente, para luego entrar al primer intercambiador, donde intercambia

calor con la carga. Desde este intercambiador, el efluente pasa por los condensadores

del producto de los reactores, los cuales trabajan con aire, y luego por los enfradores

con agua salada. Despus, la corriente de hidrocarburos se dirige al separador de

producto, donde ocurre la separacin fsica de la corriente lquida y la corriente de gas.

El gas que sale por el tope, bsicamente hidrogeno, se enva a la succin del

compresor de gas de reciclo. La corriente de lquido que sale por el fondo del separador

de producto consiste principalmente de una mezcla de isobutano y n-butano,

acompaador de gases de hidrocarburos e hidrgeno disueltos en el lquido. Esta

corriente se enva a la torre estabilizadora para remover los gases disueltos.

Seccin de secado de Hidrgeno.

Los secadores de hidrgeno fresco al igual que los secadores de butano, normalmente

operan en serie, excepto cuando se est regenerando uno de ellos y solo est uno en

servicio. El objeto de estos secadores es garantizar que el hidrgeno a la unidad est

libre de agua.

La corriente de hidrgeno fresco tratada en los secadores se mezcla con el gas de

reciclo antes de combinarse con la carga de butano a la entrada del primer

intercambiador fro de carga.

Seccin de la Torre Estabilizadora.

El lquido del separador de producto fluye hacia el intercambiador de carga en el fondo

de la estabilizadora, donde se precalienta antes de entrar a la torre. La corriente de

isobutano y n-butano, llamada isomerado, entra al plato 16 de la torre, con el objetivo

de remover el hidrgeno, HCL y los gases formados por craqueo: etano, metano y

propano.

El calor requerido para la separacin lo suministra el rehervidor. La corriente de salida

se enfra con un intercambiador con la carga de la torre y luego se enva al despojador

de isobutano para ser separado. Los gases del tope de la torre se condensan

Isomerizacin

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parcialmente con aire en los condensadores de la estabilizadora y luego en los

enfriadores con agua. Todo el lquido se enva como reflujo al plato 1 de la

estabilizadora mientras que los gases que no condensan se envan bajo control de

presin hacia la torre lavadora de gases.

Seccin de la Torre Lavadora de Gases.

Los gases provenientes del acumulador de la torre estabilizadora junto con el gas de

purga del separador de producto, se envan a la torre lavadora de gases, donde entran

en contacto con una solucin de soda castica al 10% en peso, para neutralizar el

cloruro de hidrgeno presente.

Los gases entran por el distribuidor del fondo de la torre, burbujean a travs del nivel de

soda castica, y luego pasan a travs de un lecho de 4 m de altura de anillos Raschig,

ubicado en la seccin superior de la torre.

Los gases neutralizados salen por el tope de la torre y se envan al sistema de gas

combustible, bajo control de presin.

ii. Variables de operacin.

Temperatura del reactor

La temperatura del reactor es el principal control del proceso para la unidad Butamer.

Un aumento considerable en la temperatura aumenta el contenido de iC4, hacia su

valor de equilibrio mientras que un aumento ligero produce la formacin de propano y

componentes ms ligeros.

Presin

La presin no tiene ningn efecto sobre el equilibrio y slo una pequea influencia

sobre la conversin de butano a isobutano.

Relacin Hidrgeno- hidrocarburos (H2/HC)

La conversin de nC4 a iC4 se incrementa mediante la reduccin de la relacin H2/HC,

sin embargo, el efecto hidrgeno es ligeramente superior al rango de operacin normal.

iii. Reacciones y Productos finales.

La reaccin principal del proceso de isomerizacin del n-butano lleva consigo la

migracin de un grupo metilo.

Isomerizacin

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Las fracciones secundarias son de poca importancia para el estudio, ya que las

conversiones a isobutano bajo la influencia cataltica es del 75 al 80% de isobutano.

La isomerizacin por catalizadores de doble funcionalidad se cree que funcionan a

travs de un intermedio de olefina. La formacin de este intermedio es catalizada por el

componente metlico, en nuestro caso el platino:

Esta reaccin es, por supuesto, reversible, y debido a que estos catalizadores se

utilizan bajo presin sustancial de hidrgeno, el equilibrio es muy favorable a la

izquierda.

Sin embargo, la funcin cida (H + A) Del catalizador consume la olefina para formar un

ion carbonio y por lo tanto permite que la olefina pase a formar un equilibrio

desfavorable:

El reordenamiento habitual sobreviene:

La isoolefina se forma entonces por el anlogo inverso de la segunda reaccin:

Isomerizacin

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La isoparafina es finalmente creada por hidrogenacin:

iv. Catalizadores.

La mayora de los catalizadores de uso general contienen platino soportado sobre una

base de slice o de aluminio-slice. La almina clorada proporciona una zona cida para

las reacciones de isomerizacin. Para mantener alta la actividad cataltica, se aade

continuamente un iniciador cataltico tal como cloruro de hidrgeno, pero la

desactivacin del catalizador tiene lugar tan lentamente que no es necesaria la

regeneracin del catalizador, excepto para largos intervalos.

Venenos: El azufre es un veneno temporal que inhibe la actividad del catalizador. El

efecto de azufre que entra en el sistema de reaccin, es reducir la conversin por

pasada de butano normal a isobutano. Otro veneno para el catalizador es el fluoruro,

que tambin se degrada mediante tamices utilizados para el secado.

3. Importancia de la Isomerizacin de C4 y C5

Constituye para las parafinas de bajo pm, la nica posibilidad de aumentar el RON,

porque la deshidrogenacin desplaza constantemente el sistema hacia los

hidrocarburos aromticos.

La isomerizacin tiene gran importancia en el mejoramiento de las mezclas

combustibles para motores de explosin, conocidas como naftas.

En los motores de combustin de la mayora de los automviles, una mezcla de nafta

vaporizada y aire se comprime y se enciende a alta temperatura y presin por medio de

la chispa que proporciona la buja. Para que el motor funcione correctamente es

necesario que la mezcla no se queme espontneamente, antes del momento preciso,

Isomerizacin

19

sino origina el llamado pistoneo lo cual provoca perdida de la eficiencia del motor y

deterioro mecnico de sus piezas. Experimentalmente se observa que, cuanto ms

ramificado es el hidrocarburo, resiste mayor compresin de la cmara de combustin

sin inflamarse.

Por esta razn, el proceso de isomerizacin es muy importante en la obtencin de

naftas de calidad.

Esta capacidad de antidetonante se mide en una escala llamada ndice de Octanos

(RON).

Isomerizacin

20

Conclusin

Isomerizacin

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Bibliografa

Libros Consultados:

FIESER, M. Qumica orgnica fundamental: [Una visin sinttica de la qumica orgnica moderna]. 4ta Edicin. Reverte. 1964.

HANDWERK, J; HANDWERK G. El Refino de petrleo: Tecnoga y economa. 1era

edicin. Reverte. 1980.

WAUQUIER, J. El Refino del petrleo. Volumen 1. Daz de Santos. 2004.

Lacreu,Aramenda,Aldabe. Qumica 1. Fundamentos. Ediciones Colihue SRL.

Tesis consultadas:

CAMPOS, V. Diseo del Sistema de Metanacin de la unidad de

Isomerizacin/Alquilacin de la Refinera Cardn. Venezuela. 2002.

Artculos Cientficos consultados

HERNNDEZ, M. Estudio de la actividad de catalizadores de Pt/Circonia-

tungstatada en la isomerizacin de n-heptano. Mxico. 2011.

Pginas web de Universidades consultadas

www.we de profesor.u a.ve ingenieria osea varado ... somerizacion.ppt .Fecha de

consulta: 04/05/2013.