Posgrado en Ingeniería Química en México

Buenas tardes amigos del blog:

Hoy les traigo algo a los que están terminando su carrera o que ya la han acabado. Espero esta información les sea muy útil porque se trata de varias universidades a lo largo del país donde se imparten los programas de posgrado en ingeniería química que se encuentran en el PNP en la categoria de alto nivel:

Posgrado en Ingeniería Química en México: Universidades e Instituciones.

Espero les sea provechosa esta información.

GRACIAS!!!!

Hola!!!

Pues esta ves solo escribo para dar las GRACIAS!!!...  a todos nuestros amigos y  personas que se unieron a este Blog, es grato saber que nos leen desde otras escuelas. También agradecemos por sus comentarios y sugerencias. 

En nombre de todos los administradores de este espacio les doy la bienvenida a los que son nuevos, y nuevamente las gracias a todos aquellos que nos han seguido desde hace un ratito.... Por nuestra parte esperamos sigan comentando, pidiendo información y sugiriendo cosas ya que este espacio es de todos.

Sabemos que las vacaciones están próximas (mas para unos que para otros), pero seguiremos si ustedes no lo permiten con este proyecto que apenas empieza y esperamos tenga éxito. Esperamos les sea útil para semestres venideros o para aquellos que ya se encuentran en un ambiente laboral.

Por nuestra parte es todo un, cordial saludo a todos y que tengan buen fin de Semestre o Curso!!!!... Estamos en contacto amigos!!!!

Ranking de Ingeniería Química en México hecho por El Universal

Buenas noches amigos del blog:

Esta vez les traigo una noticia muy interesante sobre el Ranking que ocupa nuestra querida Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán en dentro de la escena nacional. A ver que les parece la posición que ocupa.


La noticia la saqué de uno de los links que he posteado pero me pareció interesante que pudean verla en la entrada por si no la llegan a checar.

El link es el siguiente:

Comenten!!!!

Portal de Ingeniería Química

Buenas tardes amigos del blog:

Hoy les traigo otro portal que me resultó muy interesante. Se trata de un portal de Ingeniería Química que aborda muchos temas como pueden ser: Software de Ingeniería Química, bolsa de trabajo, artículos especializados del área, etc.

Está muy bueno este portal ya que pueden encontrar desde cómo realizar su curriculum vitae hasta información muy específica de algún tema en particular como puede ser: Elaboración de poliácido láctico.

A continuación les muestro el link:

Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos

Hola amigos del blog:

En esta ocasión les traigo algo muy interesante!!! Se trata de la página oficial del Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos, en la cual podemos encontrar todo lo relacionado a los eventos más importantes de nuestra área.

En este sitio contamos con la asesoría de expertos en diferentes ramas de la Ingeniería Química.

Además podemos consultar diversas publicaciones sobre temas actuales.

A continuación les comparto el link para que puedan accesar:

Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos

Libros para Ingeniería Química

Buenas noches amigos del blog:

En esta ocasión les traigo algo que me sirvió a mi muchísimo a lo largo de la carrera. De hecho me sirvieron desde las primeras etapas de la carrera cuando llevas algo de física, termodinámica básica y cálculo hasta las etapas más avanzadas donde ya encuentras materias mucho más elaboradas como pueden ser: reactores (homogéneos y heterogéneos), transferencia de masa y de calor, procesos de separación etc.

En los siguientes links les presento diversos libros que les servirán no importando en que semestre estén, ya que hay de todo: química analítica, orgánica, dibujo técnico, etc.



Los links son los siguientes:

Libros de Ingeniería Química 1

Libros de Ingeniería Química 2

Libros de Ingeniería Química 3

Espero les sirvan tanto como a mi. Cualquier cosa estoy a su disposición.

CARTA PSICOMETRICA

HOLA AMIGOS!!

Hoy entre mis curiosidades me eh encontrado con una carta psicometrica que realice alguna ves en el LEM (Laboratorio Experimental Multidisciplinario). Esta carta esta a Presión y Temperatura de Cuautitlan Izcalli. Principalmente esta dedicada a todos los estudiantes de la FES-C1  ya que es a los que les seria mas util por la zona en donde se realizaron las mediciones, pero en si cualquier IQ o afín puede utilizarla para obtener datos aproximados.

Les dejo la imagen y si  alguno de ustedes le interesa como hacerla desde cero, no duden e enviarme un correo o dejen un comentario para enviarles el documento completo. De cualquier manera la imagen les puede servir para mucho espero la utilicen.

Carta Psicometrica 

Bye Saludos a todos los Seguidores.

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte III: Aplicaciones de los Fundamentos de la Termodinámica

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte III: Aplicaciones de los Fundamentos de la Termodinámica

Los elementos teóricos mencionados en la Parte II de esta serie de artículos, se ponen al servicio de una aplicación por primera vez en el empleo de las tablas de propiedades termodinámicas del agua, especialmente en fase vapor. Su importancia se debe a que el vapor es un servicio industrial casi omnipresente en fábricas y plantas de procesamiento, y además a que es la base de la comprensión de la tecnología de las plantas de generación de energía termoeléctrica. De hecho, una planta termoeléctrica es básicamente una máquina térmica, como la de Carnot, solo que de la vida real, de gran tamaño e impulsada por vapor de agua.
Con el fin de ilustrar los conceptos, se apela a dispositivos de carácter mecánico, como los mecanismos cilindro-pistón, otros ciclos de producción de potencia, como los de los automóviles o los que impulsan a los aviones, así como ciclos de refrigeración. Esos aparatos en sí no son lo que se estudia, pues eso es de interés de la ingeniería mecánica; lo que es importante para la ingeniería química es conocer qué le pasa a la materia y a la energía cuando esos aparatos los transforman y manipulan.
Llegado a este punto, formas específicas de la materia ganan protagonismo: los fluidos. En consecuencia ya no se habla mucho en términos de transformación de la materia, sino de transformación de los fluidos. Debido a la importancia práctica que tienen los gases en diversos procesos químicos industriales, se dedica particular atención a su comportamiento y a las múltiples expresiones matemáticas que relacionan cuantitativamente tres propiedades de gran relevancia: presión, volumen y temperatura; se trata de las llamadas ecuaciones de estado. Necesariamente esto tendrá que ir acompañado del uso y aprendizaje de métodos de cálculo, que aunque en algunos casos pueden resultar nuevos, no son demasiado complicados.
Con el estudio de las ecuaciones de estado; surgen ideas generales a cerca del comportamiento cualitativo de los fluidos puros. En esencia, todas las sustancias puras se comportan de manera similar: los líquidos se calientan hasta vaporizarse, los vapores se condensan si se los comprime, los líquidos se congelan si se los enfría, etc. Lo particularmente interesante está en el hecho de que varias fases fluidas pueden coexistir bajo determinadas condiciones particulares, siendo esto el abrebocas del siguiente peldaño en el estudio de la termodinámica

La Termodinámica en la Ingeniería Química. Parte II: Fundamentos de la Termodinámica

La Termodinámica en la Ingeniería Química. Parte II: Fundamentos de la Termodinámica

Por lo general un curso previo de física constituye previa contextualización de algunas nociones fundamentales como energía y su conservación, trabajo, movimiento, calor, temperatura etc. Se da por descontado que todas ellas se conocen en alguna medida al abordar la materia por primera vez.
Esas nociones primitivas se profundizan; se estudian todas las formas de energía que pueden tener que ver con un sistema, se distinguen claramente aquellas magnitudes físicas que son propiedades termodinámicas de aquellas que no lo son, y se diferencian clases de sistemas (abierto, cerrado, aislado, etc). Es en esta etapa donde se tiene un primer feliz encuentro con un racionamiento tan poderoso que será en adelante el santo grial de la interpretación matemática de una enorme cantidad de situaciones físicas prácticas: El principio del balance.
Lo que ingresa + Lo que se genera = Lo que sale + Lo que se acumula
Si se aplica para la materia en un sistema, se habla de la bien conocida ley de la conservación de la masa, que no se considera una ley de la termodinámica, pero es en todo caso de obligatorio cumplimiento. Cuando se aplica a la energía en un sistema, se habla de la conservación de la energía, el balance energético, o bien del primer principio o primera ley de la termodinámica. Incluso, si se asimila como filosofía de vida puede aplicarse con éxito en llevar con orden las finanzas personales.
Con la primera ley, se puede entender algo de enorme importancia para la tradición de la tecnología: una máquina térmica en la forma de un ciclo de vapor de agua. Es mucho más que una aplicación trivial, pues fue esa idea la que permitió la invención de la máquina de vapor durante la revolución industrial, lo cual condujo históricamente a que se sentaran las bases de la termodinámica como la conocemos hoy.
El estudio de esa máquina térmica consiste básicamente en conocer lo que le ocurre al vapor de agua cuando pasa por una caldera, una turbina, una bomba, un enfriador y una válvula, junto con el significado de todos esos términos. Adicionalmente, se trata de un rito de iniciación en el que los ojos del o la aprendiz de ingeniero(a) químico(a) ven por primera vez la luz de un proceso industrial de transformación con materia y energía interactuando.
Si se aplica apropiadamente el principio del balance a una magnitud física a la que todo mundo llama entropía, se entra en los terrenos del segundo principio o segunda ley de la termodinámica. Hasta aquí evité emplear la palabra entropía, pero mencionada la segunda ley ya no hay remedio.
No soy tan avezado como para intentar contestar aquí a la pregunta ¿qué es la entropía? Solo mencionaré que ese espinoso asunto es paso obligado por cualquier proceso de aprendizaje de los fundamentos y acto seguido confesaré que no sé qué rayos es la entropía. Para poner un hasta aquí a ese particular, me limitaré a citar lo que dijo el físico estadounidense Arnold Sommerfeld cuando se le preguntó por qué no había escrito un libro de termodinámica:
“La termodinámica es un tema divertido. La primera vez que pasas por la materia, no la entiendes del todo. La segunda vez, crees entenderla salvo por uno o dos pequeños puntos. La tercera vez estás completamente seguro de que no la entiendes, pero para entonces estás tan acostumbrado a eso que ya no te importa”.
(Cengel, Y.; Boles, M. Thermodynamics: An engineering approach, 5 Ed. 2005.)
Sin embargo, sí me referiré a la segunda ley. Ésta establece que la primera no es criterio suficiente para decidir qué proceso es posible y qué proceso no lo es. Así, se convierte en la expresión de las restricciones que impone la naturaleza: no todo es posible y lo que es posible, tiene un límite y tiene un costo.
Si bien la energía se conserva a lo largo de una transformación tras otra, no siempre estará disponible para que nos podamos valer de ella; eventualmente llegará un momento en que, habiendo la misma energía que en un principio, se tendrá que ya no es energía útil. En esa condición, sacarle partido a esa energía “muerta” no resulta posible. Esa degradación paulatina de la que es objeto la energía, es en realidad una pérdida, un potencial que se tuvo pero se consumió; es un precio que hubo que pagar. La implicación es que no es posible usar energía sin que una porción se pierda, y el costo consiste en renovar lo perdido.
Una consecuencia muy famosa de la segunda ley es que resulta imposible la existencia de las llamadas máquinas de movimiento perpetuo, o aquellas que usan la misma energía una y otra y otra vez hasta la eternidad, sin que se degrade y sin que pierda disponibilidad. Este hecho está incluso arraigado en la cultura popular; una muestra de ello está en aquella ocasión en la que la inquieta Lisa Simpson presenta orgullosa a su padre, Homero, una máquina de movimiento perpetuo. Él la reprende diciéndole “señorita, en esta casa respetamos las leyes de la termodinámica”.
Otra interpretación de la segunda ley, particularmente útil para la ingeniería química, está en el hecho de que todo proceso de transformación tiene una condición extrema de máximo rendimiento, mínima degradación y máxima disponibilidad de la energía, que solo es posible de alcanzar en teoría. Se trata de aquel límite que tiene todo aquello que es posible. Tal proceso imaginario, será lo más cercano a algo perfecto sin violar ni la primera ni la segunda leyes.
En el caso de la máquina térmica, la que cuenta con esas características tan particulares, se le estudia como el Ciclo de Carnot en honor al ingeniero francés así llamado, quien por vez primera concluyó que una máquina de vapor real podría tener en sus más atrevidos sueños un aprovechamiento energético máximo bastante inferior al 100%. Cualquier esfuerzo adicional por mejorar la eficiencia, sería completamente inútil.
Todo esto es, gruesamente, una pasada por el cuerpo teórico básico de la termodinámica clásica. Su estudio y apropiada comprensión es absolutamente necesaria; sin esos cimientos firmes, no se prosperará en las aplicaciones. Como bien reza el refrán: “no hay nada más práctico que una buena teoría"

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte I: Introducción

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte I: Intr oducción

El propósito del presente escrito es precisamente describir qué es lo que se estudia en esta materia tan interesante y bella, señalando por qué es tan importante en la formación posterior y en el quehacer de un ingeniero(a) químico(a).
La Ingeniería Química y la Termodinámica
Por un lado, la ingeniería química es, básicamente, el estudio de la transformación de la materia y la energía con el fin de generar valor y riqueza y por esa vía contribuir al bienestar de la sociedad. Por su parte, la termodinámica es, básicamente, el estudio de algunos aspectos fundamentales de la materia, la energía y su interacción. En ambas definiciones se encierra la razón por la que la termodinámica es uno de los pilares de la ingeniería química. Sin ella como fuente de principios y fundamentos, la misión social de la ingeniería química no sería posible de cumplir a satisfacción; al menos no con buen juicio y verdadero criterio de ingeniería.
El Ingeniero Químico y la Termodinámica
La razón práctica por la cual es tan importante que el ingeniero(a) químico(a) cuente con una formación suficientemente sólida en esta materia, tiene que ver con algunas de las preguntas más básicas y necesarias que en la práctica se formulan a la hora de emprender la tarea de generar valor con la transformación del material A en el material B.
¿Es esa transformación realmente posible? (es decir, en el sentido de si la naturaleza realmente lo permite); si no, ¿qué condiciones deberían cambiar para que lo fuese?; si resulta ser factible, ¿hasta dónde es posible hacer esa transformación?, ¿cuánta energía exige cierta cantidad de A para transformarse en B?
Todas esas preguntas, lejos de ser de poca monta, deciden si el proyecto de industria química resulta técnica y económicamente viable o no. Como se verá, son esas preguntas las que la termodinámica contesta con completa idoneidad. Con el fin de argumentar suficientemente ese punto, así como para ampliar un poco la perspectiva, conviene echar un vistazo a qué es lo que estudia la termodinámica, desde sus fundamentos hasta los linderos de las aplicaciones tecnológicas clásicas en ingeniería química.
Objeto de Estudio de la Termodinámica Clásica
De manera razonablemente general, la termodinámica estudia los sistemas, entendidos como porciones del espacio físico claramente delimitadas y bien definidas, sin que importe su forma o su tamaño.
Los sistemas se caracterizan por contar con cierta cantidad de materia, la cual se encuentra en determinado estado. Ese estado del sistema es el conjunto de características físicas que lo describen de manera cuantitativa, y cuya variación constituye una señal inequívoca de que el sistema ha sufrido un cambio. Una primera forma de entender el estado de un sistema es a partir de la identificación y cuantificación de todas aquellas características físicas cercanas a las personas a través de la experiencia de los sentidos: temperatura (que se percibe con el tacto), volumen (que podemos ver y medir), presión (como la que se experimenta con un machucón), etc.
El conjunto de valores cuantitativos que en determinado momento toman todas estas propiedades termodinámicas, es lo que describe al sistema desde el punto de vista de la termodinámica. Si al menos una de esas propiedades cambia, se dice que el sistema sufrió un cambio de estado.
De manera un tanto más específica, y en el sentido clásico, la termodinámica se limita a estudiar los sistemas en el estado de equilibrio, es decir, le interesan los sistemas en ausencia de cualquier causa de cambio o cuando toda causal de transformación ha cesado por completo. Más aún, la termodinámica no estudia cualquier cambio de estado, solo se interesa por aquellos cambios de estado entre estados de equilibrio, y solo da explicaciones a cerca de los cambios netos sin reparar en sus causas ni tampoco en los medios como esos cambios fueron posibles. Se dice pues que la termodinámica no explica la trayectoria de los procesos, tan solo los cambios netos entre un principio y un final.
Por ejemplo, la termodinámica estudia el hecho de que para calentar un kilo de agua líquida en una olla desde 20 hasta 25 ºC sea necesario suministrar unas 5 kcal. Va al hecho y punto. En cambio, hay una cantidad de aspectos que no hacen parte de su objeto de estudio: no es relevante si el calentamiento se hizo en un milisegundo o en diez años, si se calentó sobre el fogón de una estufa doméstica o si se metió la olla en un horno para aprovechar toda su superficie. El enunciado termodinámico se limita a afirmar que si se tiene un kilo de agua a 20ºC sin que ningún factor dentro o fuera de ella tienda a cambiar esa condición (esto es, en equilibrio), es necesario hacerle llegar 5 kcal por cualquier mecanismo o artilugio que haya a la mano, con el fin de que esté 5ºC más caliente en un nuevo estado de equilibrio.
En una palabra, la termodinámica es el estudio de los qués y no de los cómos. El estudio sistemático de los mecanismos involucrados en los cambios de estado de un sistema, junto con sus causas y de más detalles, es el objeto de estudio de los Fenómenos de Transporte. Uno de ellos, la Transferencia de Calor, será la encargada de estudiar los mecanismos a partir de los cuales aquellas 5 kcal pueden ser llevadas hasta el kilo de agua, permite estimar cuánto tardará la tarea según sea ese mecanismo, estudia las posibles causales de pérdida de energía dependiendo la situación y la cuantifica, y nos permite a los ingenieros e ingenieras estimar los recursos materiales mínimos o equipos, que resultan necesarios para someter el agua a ese grado de calentamiento. Para la termodinámica todo eso está fuera de alcance.
Una forma de apreciar la importancia que tiene la formación en termodinámica para los estudios posteriores y para la profesión en general, es a partir de una rápida revisión de aquellos temas que deben estudiarse en diferentes asignaturas. Esto además servirá de guía para aquellos interesados en saber a qué se enfrentan cuando del estudio de la termodinámica se trata. La división presentada en las siguientes partes de esta serie de anotaciones es completamente arbitraria y no necesariamente coincide con las mallas de materias de todos los programas académicos.

FACTORES DE CONVERSION (Tablas)

Dean, John A.

"Lang Manual de Química"

Editorial Mc Graw Hill

13a. edición, México 1990

Tablas: 2.13- 2.51

Formulario Básico de Derivación e Integración.

Sean: a, b, c, n, m, e; constantes reales, e:2.7182... la base de los logaritmos naturales Θ, β; ángulos variables. u, v, w, y; funciones de X.

Deducción de la Ecuación de Van der Waals

Aqui la deducción de la ecuación de Van der Waals, que viene a complementar la entrada de "Gases Reales"

http://www.lfp.uba.ar/Fausto/FTeor3/p2MEcap8.pdf

Teoría de las colisiones

La teoría de las colisiones propuesta por Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918, cualitativamente explica como reacciones químicas ocurren y porque las tasas de reacción difieren para diferentes reacciones.

Esta teoría está basada en la idea que partículas reactivas deben colisionar para que una reacción ocurra, pero solamente una cierta fracción del total de colisiones tiene la energía para conectarse efectivamente y causar transformaciones de los reactivos en productos. Esto es porque solamente una porción de las moléculas tiene energía suficiente y la orientación adecuada (o ángulo) en el momento del impacto para romper cualquier enlace existente y formar nuevas.

La cantidad mínima de energía necesaria para que esto suceda es conocida como energía de activación.

Partículas de diferentes elementos reaccionan con otras por presentar energía de activación con que aciertan las otras. Si los elementos reaccionan con otros, la colisión es llamada de suceso, pero si la concentración de al menos uno de los elementos es muy baja, habrá menos partículas para otros elementos reaccionar con aquellos y la reacción irá a suceder mucho más lentamente.
Con la temperatura aumentando, la energía cinética media y velocidad de las moléculas aumenta, pero esto es poco significativo en el aumento en el número de colisiones.

La tasa de reacción aumenta con la disminución de la temperatura porque una mayor fracción de las colisiones sobrepasa la energía de activación.

La teoría de las colisiones está íntimamente relacionada a la cinética química.

Los átomos de las moléculas de los reactivos están siempre en movimiento, generando muchas colisiones (choques). Parte de estas colisiones aumentan la velocidad de reacción química. Cuantos más choques con energía y geometría adecuada exista, mayor la velocidad de la reacción.

Gases Reales

Un gas real se define como un gas con un comportamiento termodinámico que no sigue la ecuación de estado de los gases ideales.

Un gas puede ser considerado como real, a elevadas presiones y bajas temperaturas, es decir, con valores de densidad bastante grandes. Bajo la teoría cinética de los gases, el comportamiento de un gas ideal se debe básicamente a dos hipótesis:

-las moléculas de los gases no son puntuales.
-La energía de interacción no es despreciable.

La representación gráfica del comportamiento de un sistema gas-líquido, de la misma sustancia, se conoce como diagrama de Andrews. En dicha gráfica se representa el plano de la presión frente al volumen, conocido como plano de Clapeyron.

Se considera a un gas encerrado en un cilindro con un embolo móvil. Si el gas se considera ideal, se mantiene la temperatura constante, obteniendo en el plano de Clapeyron líneas isotermas, es decir, líneas hiperbólicas que siguen la ecuación:

p.V= cte.

Si en cambio, consideramos a un gas como real, veremos que solamente con la temperatura bastante alta y la presión bastante baja, las isotermas se acercan a las hipérbolas, siguiendo la ecuación de estado de los gases perfectos.

Potencial de Lennard Jones:

Siguiendo una observación experimental, vemos una importante diferencia entre el comportamiento de los gases reales e ideales. La distinción primordial es el hecho de que a un gas real no se le puede comprimir indefinidamente, no siguiendo así la hipótesis del gas ideal. Las moléculas ocupan un volumen, pero los gases reales son, a bajas presiones más comprimibles que un gas ideal en las mismas circunstancias, en cambio, son menos comprimibles cuando tienen valores de presión más elevadas. Este comportamiento depende mucho de la temperatura y del tipo de gas que sea.

El comportamiento de estos gases, puede ser explicado debido a la presencia de fuerzas intermoleculares, que cuando tienen valores de temperatura pequeños, son fuertemente repulsivas, y en cambio, a temperaturas altas, son débilmente atrayentes.

La ley física de los gases reales, también conocida como ley de Van der Waals describe el comportamiento de los gases reales, tratándose de una extensión de la ley de los gases ideales, mejorando la descripción del estado gaseoso para presiones altas y próximas al punto de ebullición.

La ley de los gases reales, toma el nombre del físico holandés Van der Waals, el cual propone su trabajo de los gases en 1873, ganando un premio Nobel en 1910 por la formulación de ésta ley.
La ley de Van der Waals e una ecuación de estado a partir de la ley de los gases ideales :

p.V = n.R.T

El físico holandés, introduce dos valores, asignándoles las letras a y b, conocidas como constantes de Van der Waals, que depende de la sustancia que se esté estudiando en cada caso.
La fórmula de la ley de Van der Waals, es:

( p + a. n^2 / V^2 ) . ( V – nb) = nRT

De donde p, hace referencia a la presion del gas.
n= cantidad de sustancia ( número de moles)
V= volumen ocupado por el gas
R= constante universal de los gases
T= temperatura en valor absoluto.

Los valores de las costantes de Van der Waals para los gases más comunes, están recogidos en tablas.

Si comparamos la ley de Van der Waals con la ley de los gases ideales, cuando la presión de un gas no es demasiado alta, el modelo de Van der Waals puede decirse que su modelo y el de los gases ideales no difieren mucho.

La ley de Van der Waals también permite entender bien los procesos de condensación de los gases, existiendo para casa gas una temperatura, Tc, conocida como temperatura critica, la cual representa la frontera del paso a la condensación:

para T > Tc, no se puede condensar el gas.

Para T< Tc, es posible condensar el gas si éste se comprime a una presión adecuada, que es más baja cuanto más baja es la temperatura.

Revista Mexicana de Ingeniería Química

Hola queridos ingenieros o aspirantes a ingenieros:

En esta ocasión les traigo algo bastante útil para todos nosotros. Se trata de un portal de una revista mexicana que publica artículos sobre las diferentes disciplinas que conforman nuestra carrera.

Esto lo encontrarán muy provechoso ya que a lo largo de la carrera (desde primer hasta último semestre) necesitarán la ayuda de artículos científicos de actualidad y que mejor que una revista mexicana que se encuentra 100% en español.

Ojalá les sea de mucha ayuda como lo fue para mi.

El link es el siguiente:


La REVISTA MEXICANA DE INGENIERÍA QUÍMICA es una publicación de la Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ingeniería Química, A.C. (AMIDIQ).

Hasta la próxima.

Portal de Ingeniería Química en Español

Hola queridos amigos de Ingeniería Química:

Hoy les traemos un portal de ayuda para ingenieros químicos de primero a último semestre. Como saben, es muy difícil encontrar un portal especializado en ingeniería química que nos permita preguntar dudas concretas, buscar documentos y programas especializados sobre diversos temas, incluso simuladores de procesos. Estas páginas usualmente están en inglés y diversas lenguas exranjeras.

Por eso, les mostramos este portal totalmente en español y que busca que todos los ingenieros químicos del habla hispana podamos compartir dudas y respuestas acerca de todos los tópicos que reune esta carrera tan bonita.

Ingeniería Química - El portal de los ingenieros químicos en español

Lo único que tienen que hacer es registrarse y ahí podran encontrar de todo referente a nuestra carrera.

La desintegración catalítica

Breve historia del proceso.

Evolución del proceso de desintegración catalítica.

La desintegración catalítica conocida desde principios del siglo, se aplicó industrialmente en el año 1936, con un proceso de lecho fijo desarrollado por Eugene Houdry de la Compañía Socony Oil. El proceso era cíclico, con tiempos de 10 minutos para la reacción, 10 minutos para el cambio de reactor y válvulas, y de 10-20 minutos para el quemado de carbón. El calor de combustión era transferido al sistema reaccionante mediante un dispositivo de transferencia de calor a base de sal fundida.

El proceso Houdry, conocido así en honor a su inventor, evolucionó rápidamente y se transformó en el proceso de lecho móvil TCC (Thermofor Catalytic Cracking). En 1940 se tenían, ya algunas unidades industriales de desintegración catalítica TCC. Los diseñadores rápidamente comprendieron las ventajas de este nuevo proceso, ya que eliminó algunos de los inconvenientes del proceso de lecho fijo, tales como el intercambio de calor y la flexibilidad de la operación, y lo impulsaron de tal modo que su evolución ha sido una de las más espectaculares de la industria petrolera.

En 1943 inició operaciones en Baton Rouge, Lousiana, EUA, la primera unidad de desintegración catalítica de lecho fluidizado en flujo ascendente, por parte de la Compañía Standard Oil. Las ventajas de este proceso fueron evidentes, y rápidamente las diversas firmas de ingeniería aceleraron su evolución. En 1944 aparece la unidad de flujo descendente de la Compañía Standard Oil Development, con la cual se simplificaba la recuperación de catalizador y la distribución de las instalaciones.

Para 1947 se introduce el modelo de presiones equilibradas diseñado por la Compañía Kellogg. En este modelo los reactores estaban localizados lado a lado y a la misma altura, reduciendo el tamaño de la unidad y con las ventajas de facilidad de mantenimiento, menor costo inicial, operación a baja presión con la consecuente producción de gasolina de mayor calidad, menor producción de coque y menor pérdida de actividad catalítica.

La unidad de la Compañía ESSO se inició comercialmente en 1951 y sus ventajas principales heron la reducción del tamaño de la unidad, sin reducir la capacidad, y el empleo de líneas de transferencia de diseño especial que minimizaban la corrosión.

Otras compañías continuaban estudiando y desarrollando sus propias concepciones. Así, la UOP (Universal Oil Products) puso en operación en 1947 la primera unidad con el reactor y regenerador superpuestos, con las ventajas resultantes como son la eliminación de líneas de transferencia, reactor más pequeño y menor costo de construcción. La Compañía Kellogg en 1951 pone en marcha la primera unidad Orthoflow, que elimina las líneas externas para el catalizador, utilizando tuberías rectas para la circulación de catalizador.

Con la introducción de los catalizadores zeolíticos en la década de los sesentas, cuya actividad es mucho mayor a la de los catalizadores de sílice-alúmina amorfos, se planteó la necesidad de reducir el tiempo de contacto entre el catalizador y el aceite, a fin de disminuir la sobredesintegración y hacer más eficiente la operación. La respuesta a esta necesidad fue la unidad de reacción en el tubo elevador o “riser”, con lo cual la flexibilidad en el control de la reacción es mayor, pudiendo de esta manera, aumentar la eficiencia y aprovechar esa importante característica.

El proceso Ultra Orthoflow de la Compañía Kellogg permite aprovechar en forma eficiente la elevada actividad de los catalizadores zeolíticos, lo cual se logra incorporando un sistema con varias etapas para el agotamiento de hidrocarburos en el catalizador, además del uso de ciclones que permiten una mejor separación hidrocarburo-catalizador y mayor eficiencia en la recuperación de este último. En la actualidad la mayoría de las unidades de desintegración catalítica FCC efectúan las reacciones de desintegración en el tubo elevador.

La desintegración catalítica en México.

La desintegración catalítica FCC inició en México en el año de 1958 con la adquisición de una unidad modelo IV de la compañía ESSO de 25,000 BPD para la ex-Refinería de Azcapotzalco (Figura 1.3), la cual al cierre de esta refinería en 1993, fue trasladada a la Refinería de Cadereyta y rediseñada por la compañía Stone & Webster (S&W).

Dos años después, en 1960, se adquirió otra unidad modelo ESSO-IV de mayor capacidad (43,000 BPD) para la Refinería de Cd. Madero, la cual fue rediseñada en 1972 para incrementar su capacidad a 51,000 BPD. En la Refinería de Minatitlán en 1963, se optó por la adquisición de una unidad modelo UOP (Figura 1.4) con capacidad de 24,000 BPD.

A partir de 1972 se inició la adquisición de Unidades FCC Modelo Orthoflow (Figura 1.5) y desde 1988 el Modelo Ultra Orthoflow, ambos diseños de la compañía Kellogg. Una de las diferencias principales entre estas unidades es que el modelo Orthoflow opera a combustión parcial y el modelo Ultra Orthoflow a combustión completa.

En la Tabla 1.4 se muestra en forma cronológica la evolución que han tenido las unidades FCC en México (Mariaca, 1996).

Catalizadores de FCC utilizados en las refinerías mexicanas.

Los catalizadores de FCC que actualmente se emplean en las Refinerías en México son en su mayoría formulados por el Instituto Mexicano del Petróleo y representó en 1997 el 80% del consumo total anual.

Aspectos termodinámicos.

En algunos sistemas reaccionantes, los datos termodinámicos son extremadamente valiosos para predecir el posible avance de la reacción y las condiciones de reacción más adecuadas.

En el caso de la desintegración catalítica, las reacciones principales no están limitadas por el equilibrio termodinámico bajo las condiciones de operación industriales, de hecho, el equilibrio de ciertas reacciones de desintegración de hidrocarburos resulta en la degradación casi completa a carbono e hidrógeno, ya que todos los hidrocarburos, excepto el metano, tienen un cambio favorable en la energía libre a temperaturas superiores a 400°F (204 °C), como se muestra en la Tabla 1.6.

Las reacciones laterales, tales como isomerización, arreglo del grupo alquilo y desalquilación de aromáticos, ocurren sólo en forma moderada a las condiciones de desintegración.

Otras reacciones, como la alquilación de parafinas-olefinas, hidrogenación de aromáticos y polimerización de olefinas (excepto la polimerización de etileno) no son factibles de efectuarse en las unidades FCC a las condiciones de operación normales.

Las reacciones de desintegración son endotérmicas, las de isomerización tienen calores de reacción muy bajos y las reacciones de transferencia de hidrógeno son exotérmicas. Las reacciones endotérmicas siempre predominan en el proceso de desintegración. El balance térmico depende del tipo de carga, del catalizador y de las condiciones de operación.

Estudio de la planta de Cadereyta FCC-II

Descripción del Proceso

La planta Hidrodesulfuración de Naftas N°2 de Cadereyta, N. L., se diseñó para procesar 25,000 BPD de una corriente proveniente de almacenamiento, constituida por una mezcla de Naftas que se producen en las plantas Hidrotratadora de Diesel, Hidrotratadora de Gasóleos, Coquizadora, Reductora de Viscosidad y Plantas Combinadas 1 y 2.

De acuerdo con el tipo de alimentación a procesar, será diferente el arreglo o la distribución de los equipos que interviene en el proceso.

Básicamente el proceso consiste en la hidrogenación catalítica de los compuestos de azufre, nitrógeno, olefínicos, entre otros presentes en las diversas alimentaciones, para lo cual se emplea una corriente rica en hidrógeno. Para facilitar la descripción del proceso de la planta de hidrodesulfuración de Naftas N°2 de Cadereyta N. L., se pueden establecer tres secciones principales del proceso que son:

o   Sección de Reacción.

o   Sección de Fraccionamiento.

o   Sección de Endulzamiento con Amina.

Sólo se discutirá la sección de reacción:

Sección de reacción (Diagrama de Flujo de Proceso)

La función principal de la sección es la hidrogenación catalítica de los compuestos de azufre, nitrógeno y olefinas presentes en la carga a la planta de la siguiente forma:

La corriente de alimentación constituida por la mezcla de naftas que proviene de almacenamiento se recibe en L.B. a 4.5 Kg/cm² manométricas y 38°C, pasa a través del filtro de carga FG-401 A/B y se introduce a control de nivel al tanque de carga, FA-401, el cual opera a 3.0 Kg/cm2 manoy 38°C. En caso de tenerse un excedente de nafta, este se retorna a almacenamiento, existiendo también la posibilidad de recibir cualquier corriente de nafta de almacenamiento en forma directa de la planta que la genera.

El tanque de carga cuenta con una pierna separadora para eliminar el agua amarga que pudiera traer consigo la corriente de alimentación, enviándose está a control de nivel al tanque de agua amarga. Por su parte la nafta se envía mediante la bomba de carga GA-401/R, a control de reflujo al reactor de saturación de diolefinas DC-401, previo precalentamiento en el Intercambiador de carga/nafta pesada producto EA-401 y en el segundo intercambiador carga efluente del reactor EA-402 y previa mezcla con una corriente de hidrógeno de reposición, la cual se introduce mediante una relacionador de flujo. En el DC- 401 se realiza la saturación de las diolefinas mediante una reacción de hidrogenación catalítica en fase líquida a 60.6 Kg/cm2 manométricas y 150°C.

El efluente del reactor, libre de diolefinas, se mezcla con el hidrógeno de recirculación mediante un relacionador de flujo y se precalienta en el primer intercambiador carga/efluente del reactor EA- 404. Posteriormente se introduce al calentador de carga BA-401; en donde se ajusta la temperatura requerida para alimentarse al reactor de hidrodesulfuración DC-402.

Debido a que las reacciones que se producen en el reactor son altamente exotérmicas se alcanzan temperaturas altas que afectan la dirección de las reacciones por lo que es importante regular la temperatura dentro del reactor DC-402, para ello se inyecta en la parte media del reactor una corriente de nafta caliente proveniente del separador caliente de los productos del reactor FA-402, que está a una temperatura de 157°C.

Como consecuencia de lo anterior, el producto del reactor contiene un alto potencial térmico que es aprovechado en el tren de intercambio, precalentando la carga a la torre desbutanizadora en el cambiador de calor EA-405, la corriente de alimentación al reactor de hidrodesulfuraCión en el cambiador de calor EA-404, la corriente al reactor de saturación de diolefinas en el cambiador de calor EA-402 y posteriormente se introduce al separador caliente de los productos del reactor FA-402, a una temperatura de 157° C y a 49.6 Kg/cm² manométricas. Para ajustar la distribución del calor de la corriente del efluente del rector existen corrientes de desvío a control de temperatura, el ya mencionado en el cambiador de calor EA-402 y en el cambiador de calor EA-405, que regula la temperatura de alimentación a la torre desbutanizadora.

Del tanque FA-402 se obtienen dos corrientes, una en fase vapor, constituida principalmente por hidrógeno e hidrocarburos, a la que se le inyecta agua de lavado junto con un inhibidor de corrosión para prevenir el depósito de cristales de amonio, mediante la bomba de agua de lavado GA-409/R, posteriormente, se enfría y condensa parcialmente en el primer enfriador de nafta del reactor, EC-401 y en el segundo enfriador de nafta del reactor EA-412 y por último se introduce al tanque separador frío de los productos del reactor FA-411, a 48.2 Kg/cm² manométricas y 43°C.

La otra corriente del separador FA-402, en fase líquida, se divide en dos corrientes, una se recircula a la salida del primer lecho del reactor, a control de flujo en cascada con la temperatura del efluente del reactor o la intermedia del segundo lecho, mediante la bomba de nafta de apagado GA-407/R. La otra se envía a control de nivel del separador FA-402 al primer separador de nafta a la torre desbutanizadora FA-404 de la sección de fraccionamiento.

En el tanque FA-411 se separan tres fases: nafta fría que se envía al EA-410 de la sección de fraccionamiento, agua amarga que se envía al tanque de agua amarga y una corriente de vapor rica en hidrógeno que se envía al compresor de hidrógeno de recirculación GB-402, previo paso por el tanque de succión del compresor de hidrógeno de recirculación FA-403. De esta corriente antes del tanque de succión, se extrae una corriente de purga que se envía a endulzamiento a control de presión.

La planta recibe el hidrógeno de reposición de L.B. a 19.0 Kg/cm² manométricas y 38°C con una alta pureza (99.5% mol) de la red de hidrógeno. Esta corriente se recibe en el tanque de succión del compresor de hidrógeno de reposición FA- 409, se incrementa su presión en la primera etapa del compresor de hidrógeno de reposición GB-401 NB/C, posteriormente se acondiciona su temperatura con el interenfriador del compresor de hidrógeno de reposición EC-405 NB/C, se introduce al tanque interetapa del compresor de hidrógeno de reposición FA- 410 NB/C y se manda a la segunda etapa del compresor GB-401 NB/C. Para controlar el flujo de hidrógeno de reposición se cuenta con una línea de recirculación de la descarga de la segunda etapa del compresor al tanque de succión de la primera etapa, acondicionando su temperatura con el enfriador de hidrógeno de reposición EC-406.

El hidrógeno comprimido se divide en dos corrientes, una de ellas se envía como carga al reactor de saturación de diolefinas con un relacionador de flujo y la otra se mezcla con la descarga del compresor GB-402 y se retornan al sistema de reacción, antes de pasar por el cambiador EA-404.

Fundamentos Teóricos

La hidrodesulfuración se lleva acabo para la eliminación de compuestos de azufre, presentes en los diferentes flujos de alimentación de  una planta, estas alimentaciones pueden ser: nafta ligera, nafta pesada, turbosina y gasóleos, todos estos son producto de la destilación primaria del petróleo. El conocer las especies químicas que contienen los diferentes tipos de alimentación a la planta de hidrodesulfuración, nos ayudara a fijar las condiciones óptimas de operación del proceso y obtener un producto con la calidad y especificaciones requeridas. En la actualidad la tendencia está orientada hacia una obtención de combustibles más limpios, con aproximadamente un 99% de remoción de azufre; por lo cual se hace indispensable el conocimiento de los principales compuestos que intervienen en las reacciones químicas de remoción, saturación, craqueo e hidrogenación de las distintas especies químicas presentes en los diferentes tipos de alimentación a procesar son el fundamento del proceso de hidrodesulfuración, así entonces se pueden mencionar los siguientes aspectos determinantes en el proceso:

·         Compuestos de Azufre.

·         Compuestos de Nitrógeno.

·         Saturación de (mono y di) Olefinas.

·         Saturación de Anillos Aromáticos.

·         Remoción de Sílice.

·         Variables de Control de Proceso (Sección de Reacción).

Para fines de este proyecto únicamente discutiremos las que son importantes para el proceso designado:

·         Saturación de mono olefinas

·         Saturación de diolefinas

Saturación de mono olefinas

Estudios en planta piloto han demostrado que la presencia en ocasiones de pequeñas cantidades de olefinas puede limitar la desulfurización debido a que la recombinación de olefinas con ácido sulfhídrico (H₂S) puede confundir los resultados obtenidos en una simulación de alguna planta en diseño o alguna planta en proceso. Esto es si la presencia de mercaptanos no es anticipada, la cual indica una reacción de recombinación con el H2S como se muestra a continuación:

Reacción de reconversión de las olefinas.

Esta reacción es reversible la cual cambia ala izquierda a alta presión parcial de H₂S como característica principal, aunque también esta reacción depende de la temperatura, tipo de alimentación, el azufre total en la alimentación, la presión parcial de hidrógeno, el contenido de olefinas, el espacio velocidad, y la configuración del reactor.

Por lo tanto para obtener un alto nivel de conversión de azufre, Ia presión parcial ejercida por el H₂S puede ser un parámetro esencial a cuidar, debido a que en niveles de alta conversión de azufre el flujo neto de desulfurización de la nafta puede estar limitado por las concentraciones en el reactor tanto por las olefinas como de H₂S.

Sin embargo, el efecto de la temperatura tiene un papel muy importante ya que a temperaturas superiores aproximadamente entre 300 y 320°C puede ocurrir la reacción de recombinación de H₂S-olefina. Esta variable como ya se mencionó está íntimamente relacionada con el tipo de alimentación, ya que esta temperatura varía según la composición de esta, debido a que a temperaturas muy altas y con un catalizador muy activo puede causar craqueo cerca de la salida del reactor, produciendo olefinas.

La hidrodesulfuración de una nafta generalmente es la alimentación a una planta reformadora de naftas, que requiere la remoción de azufre a niveles de 0.5 ppm, para conseguir concentraciones de azufre de semejantes características, las correspondientes concentraciones de H₂S y de olefinas deben de mantenerse relativamente bajos, para prevenir las reacciones de recombinación como se muestra en la reacción siguiente, la cual termodinámicamente es reversible. En la hidrodesulfuración las reacciones en conjunto se pueden considerar como combinaciones de la reacción y el paso desaturación para la obtención de parafinas como se muestra a continuación:

Reacción de reconversión de las olefinas.

Saturación de diolefinas

En la nafta proveniente de la planta de coquización retardada, la saturación de diolefinas antes del hidrotratamiento es esencial para la obtención de un producto de alta calidad, a diferencia de las olefinas que químicamente son compuestos semejantes, son saturadas por lo general en el reactor de hidrodesulfuración. Las diolefinas, por lo tanto debido a que a temperaturas normales de hidrotratamiento tienden a polimerizar o formar gomas ocasionando contaminación del catalizador y ensuciamiento del equipo.

Estas diolefinas principalmente provienen del corte de la destilación primaria o de las plantas FCC y especialmente de las plantas de coquízaclón retardada, estos son compuestos del tipo dieno como se muestra a continuación:

Se ha encontrado que las diolefinas y algunos compuestos aromáticos pueden ser removidos a temperatura relativamente baja considerando que otras reacciones ocurren a altas temperaturas, por lo tanto deben de ser removidas antes del hidrotratamiento con la finalidad de evitar los problemas ya mencionados. Esta temperatura que solo incluye a diolefinas y algunos compuestos aromáticos que pueden ser saturados por debajo de 203°C fue obtenida experimentalmente en planta piloto y fue considerando que otras reacciones no lo son; como olefinas, azufré y nitrógeno que comienzan a decrecer a 210°C.

En este sístemadereaccíón al tenerse que efectuar en forma separada de la reacción de hidrodesulfuración la temperatura y la presión son las variables de operación importantes para orientar la selectividad a la saturación de las diolefinas del tipo 1-3 butadieno y 1-3 pentadieno y diolefinas con 6 átomos de carbono.

Un punto a considerar ya mencionado es el nivel térmico requerido, esto es con la finalidad de alcanzar el mayor nivel de energía de activación de las especies catalíticas; minimizando las reacciones de hidrogenación de olefinas, desintegración de hidrocarburos ligeros y coquización debido a la concentración de insaturados y la exotermicidad de las reacciones típicas de la diolefinas, sin embargo, estas reacciones pueden presentar. La siguiente reacción es la que se observa:

Reacción de hidrogenación de las diolefinas

La nafta de alimentación que entra al sistema de reacción de saturación de diolefinas es recomendable mantenerlo en fase liquida con un mínimo de vaporización para favorecer la reacción de adición de hidrógeno y es recomendable mantener la presión en un rango entre 40-60 Kg/cm² manométricas.

Algunas de las reacciones típicas de diolefinas se muestran a continuación:

Variables de control de proceso (Sección de Reacción)

El control y buen funcionamiento de una planta dependen básicamente de una elección adecuada de las condiciones de operación de los distintos equipos que integran el proceso, la eficiencia del proceso de desulfuración depende de las condiciones de operación empleadas para operar a condiciones óptimas y poder alcanzarse niveles de eliminación de azufre superiores al 99%.

 Los hidrocarburos formados en las reacciones de desulfuración tienen puntos de ebullición menores a los compuestos de los cuales proceden. Tanto las condiciones de operación como el catalizador son seleccionados de tal manera que se minimicen las reacciones laterales como la deshidrogenación, desnitrogenación, entre otras.

Por ello, el grado de desulfuración de cualquier tipo de carga es función directa de los siguientes parámetros básicos para el control de proceso de la sección de reacción:

o   Temperatura.

o   Presión Parcial (del hidrógeno).

o   Flujo.

o   Relación hidrógeno/hidrocarburo (H₂/HC).

o   Espacio velocidad (Liquid Hourly Space Velocity ó LHSV).

o   Catalizador.

Y a continuación procederemos a describir cada una de ellas:

Temperatura

La temperatura es una variable que afecta directamente el desarrollo de las distintas reacciones que se llevan a cabo en el equipo de reacción, (reactor), por ello en la actualidad las reacciones son llevadas a cabo en distintos reactores debido a la gran variación de temperaturas a las que se da lugar la reacción. Cabe mencionar, que aunque todas las reacciones que ocurren en el proceso de eliminación de azufre son exotérmicas, las reacciones de saturación de diolefinas, olefinas, y descomposición de compuestos de nitrógeno son las que liberan mayor cantidad de energía.

El efecto de un incremento de temperatura de reacción aumenta la velocidad de reacción, y por lo tanto, el nivel de desulfuración. A temperaturas inferiores a 280°C las velocidades de reacción tienden a disminuir y arriba de 410°C ocurren reacciones indeseables generando ligeros y excesivo depósito de carbón sobre el catalizador. En el diseño de unidades de hidrodesulfuración, la temperatura de inicio de corrida es fijada por el tipo de producto desulfurado, la presión y ciertos factores económicos. Como resulta obvio, las cargas ligeras son fácilmente desulfuradas a bajas temperaturas de operación, la cual se incrementa en función directa con el rango de ebullición de la carga (alimentación) a tratar.

Para el caso de la saturación de diolefinas las temperaturas de reacción deben de ser controladas ya que determina las velocidades de reacción de hidrogenación de estas. Un criterio que debe de ser tomado en cuenta para el diseño y operación de una planta de hidrodesulfuración que contenga en la corriente de alimentación diolefinas es la exotermicidad de la reacción. Esta temperatura no debe de exceder a 210°C por lo que es necesario mantener estable esta temperatura debido a que las diolefinas tienden a polimerizar a altas temperaturas provocando taponamiento o ensuciamiento en los equipos.

En cambio la temperatura de remoción de sílice a la entrada de alimentación del reactor se determina considerando que este sistema se ve favorecido en un medio totalmente vaporizado (100% vapor) por lo que aproximadamente la temperatura de reacción se encuentra entre 250 a 290°C.

Ambos casos (saturación de diolefinas y remoción de sílice) son casos particulares que actualmente se tratan de manera independiente en equipos separados, esto es con respecto a las reacciones de hidrodesulfuración.

La saturación de olefinas se comporta de manera semejante a la reacción de hidrodesulfuración con respecto a la temperatura, con la excepción de que el incremento de la velocidad de reacción se mantiene a mayores temperaturas; y aproximadamente a 427°C se obtienen aparentes condiciones de equilibrio en las cuales el grado de saturación se limita.

El grado y rapidez de la desulfurización se incrementa visiblemente cuando la temperatura aumentaa 343°C la velocidad de reacción es sumamente rápida manteniéndose este incremento hasta de 371°C por encima de la cual debe estabilizarse.

Como se puede observar en la siguiente figura dado un incremento de temperatura, los compuestos de azufre disminuyen. Involucrando todas las reacciones que ocurren en el reactor de hidrodesulfuración, la conversión deseada la temperatura se fija entre 326 y 475°C pero debe tomarse en cuenta que a temperaturas mayores a 400°C pueden llevarse a cabo las reacciones de hidrodesintegración. Aunque el Intervalo de la operación es amplio, la única limitación para alcanzar el valor máximo que comúnmente se fija en 370°C se debe a que el color del producto podría no cumplir con las especificaciones.

Presión Parcial del Hidrógeno

La importancia de la variación de presión, manteniendo las otras variables constantes provoca cambios en la conversión en las reacciones químicas, debido a que estas son favorecidas por la presión parcial que ejerce un exceso de hidrógeno. Variaciones normales en la presión o flujo de hidrógeno en el reactor no ocasionarán grandes cambios, pero si pudieran ocasionar diferencias apreciables en los productos.

Generalmente es posible obtener mayores rendimientos operando el reactor a presiones elevadas sin exceder el punto de rocío de la carga vaporizada.

Cuando la carga aumenta de peso molecular, se requiere de un aumento en la temperatura y por lo tanto resulta necesario también incrementar la presión de operación. Dependiendo de la temperatura de alimentación, la presión puede ser de 28 Kg/cm² manométrica, para cargas ligeras y hasta 100 Kg/cm² manométrica.  Cuando la presión parcial del hidrógeno no se incrementa al aumentar la temperatura promedio de alimentación de la carga, se envenenará rápidamente el catalizador.

La elección de la presión de operación depende principalmente del tipo de carga (alimentación) y de la pureza de la corriente de hidrógeno. En términos prácticos, si el rango de ebullición de la carga se incrementa los compuestos de azufre se tornan más complejos y se requiere de presiones más altas para hacerlas reaccionar y prevenir la desactivación del catalizador por depósito de carbón.

Debido a que la presión parcial de hidrógeno es el factor decisivo y no la presión total del reactor, la pureza de la corriente de hidrógeno es determinante sobre la presión final elegida.

Flujo

Normalmente esta variable sólo involucra al flujo de entrada de hidrógeno, que  se consume en el proceso por las reacciones de hidrodesulfuración así como tener el manejo del compresor dentro de los límites de su capacidad, ya que el flujo de circulación de hidrógeno y la pureza del mismo afectan directamente las velocidades de desulfuración, desnitrogenación, saturación de olefinas, y desoxigenación.

Relación Hidrógeno/hidrocarburo (H₂/HC)

El consumo de hidrógeno dependerá del tipo de carga, del contenido de azufre que se tenga, de que se efectúe o no un número mayor de reacciones laterales y de las especificaciones deseadas para el producto; no obstante se observa que a medida que la carga se hace más pesada, aumenta el consumo de hidrógeno.

La figura anterior se muestra el consumo aproximado de hidrógeno de algunos compuestos típicos encontrados en las naftas.

Aunque las condiciones de operación y el valor de la relación H₂/hidrocarburo son finalmente determinados por el tipo de catalizador, el tipo de carga y composición de la misma. Cuando se habla de naftas .ligeras, el valor de la relación H₂/hidrocarburo es del orden de 450-550 SCF de H2 100%/barril de carga y las condiciones de operación del reactor son del orden de 352°C y 30 Kg/cm² manométricas.

El consumo de hidrógeno, cuando la carga tiene un contenido de azufre de 800-900 ppm, se puede estimar en unos 70 SCF de H₂ 100%/barril de carga.

De igual forma, cuando se trata de destilados intermedios, el valor de la relación H₂/hidrocarburo es del orden de 1500-2500 SCF de H₂ 100%/BBL de carga y las condiciones de operación del reactor son del-orden de 405°C Y 60 Kg/cm² manométricas.

La relación H₂/hidrocarburo es menos influyente que el espacio velocidad del reactor. A relaciones muy bajas, la presión de vapor de hidrógeno no es apropiada para las condiciones de conversión de los aromáticos y nafténicos. A relaciones muy altas, se disminuye el tiempo de contacto en el reactor.

Espacio Velocidad  (Liquid Hourly Space Velocity o LHSV)

El término LHSV (Liquid Hourly Space Velocity), indica los pies cúbicos de carga por hora por cada  pie cúbico de catalizador en el reactor y es un índice de la severidad de operación:

Mientras menor es el LHSV, mayor será la severidad y mientras menor sea el espacio velocidad, el grado de reacción se incrementará ya que el LHSV es inversamente proporcional al tiempo de contacto. El valor de LHSV varía de acuerdo a la carga procesada.

Después de la selección de la presión parcial de H₂ y la temperatura de operación es posible usar correlaciones para seleccionar un óptimo valor de LHSV de acuerdo con los requerimientos de  desulfurización deseada.

Catalizador

La composición y estructura de los catalizadores de hidrodesulfuración tienen primordial importancia en las reacciones de hidrogenación y desulfuración. Los catalizadores de níquel y platino que son muy activos para reacciones de hidrogenación, son fácilmente envenenados por compuestos de azufre, haciéndolos insatisfactorios para las reacciones combinadas de hidrodesulfuración, por lo que se requiere el empleo de un catalizador resistente al proceso dual hidrogenación - desulfuración. Con lo cual el catalizador utilizado para hidrodesulfuración tiene la obligación de cumplir con una doble función:

1.       El craqueo de hidrocarburos de alto peso molecular.

2.       La hidrogenación de compuestos insaturados formados durante el proceso de craqueo o presentes en la alimentación.

Los catalizadores de hidrodesulfuración son manufacturados con metales promotores en forma de óxidos constituidos básicamente de cuatro elementos:

o   Metales activos: Es el elemento que imparte la actividad catalítica de mayor efecto en las reacciones de hidrogenólisis e hidrogenación. Teniéndose entre estos al molibdeno como uno de los más activos y de alta aplicación industrial.

o   Promotores catalíticos: Es el elemento que proporciona e incrementa la selectividad de una reacción en especial. Teniéndose entre estos al níquel cobalto y sílice.

o   Aditivos dé estabilidad: Este elemento proporciona la estabilidad tanto térmica como mecánica. Teniéndose como ejemplo: boro, titanio grafito (aditivos de estabilidad mecánica), lantano y cerio (aditivos de estabilidad térmica).

o   Soporte: Este elemento proporciona el soporte de las especies activas como de los aditivos que integran el catalizador. Teniéndose entre de los de uso más común a lasaluminas activas y en especial la gamma alúmina.

Entre los catalizadores resistentes al azufre, los cuales han sido considerados aceptables para hidrogenación y desulfuracion combinadas son:

a)      Co-Mo

b)      Ni-Mo

c)       Ni-Mo-W

En general el catalizador Co-Mo son utilizados en su mayoría para desulfurización y los catalizadores Ni-Mo presentan mayor afinidad para efectuar los procesos de desnitrogenación e hidrogenación.

Estudios realizados en planta piloto por Syed A. Ali, Jamal A. Anabtawi recomiendan el uso de una combinación de catalizador Ni-Mo en la parte superior 10 a 15 % del reactor y la parte restante utilizar como catalizador Co-Mo, para efectuar las reacciones de hidrogenación de olefinas y evitar posibles recombinaciones de reacción en la salida del reactor.

A continuación se muestra una figura conocida como el árbol de ayuda de decisión para elección de catalizador de hidrotratamiento. Que aunque la elección del tipo de catalizador depende del objetivo del proceso, en el cual las variables y condiciones de diseño y operación son de gran importancia.

Criterios de diseño del equipo de reacción

Para el diseño del equipo de reacción, los siguientes criterios de diseño son específicos para el hidrotratamiento de nafta 100% de coquización, sin embargo, pueden ser tomados en cuenta para el diseño general de reactores de plantas de hidrodesulfuración de este tipo; debido a que contiene nafta proveniente de una Planta de Coquización Retardada.

Cabe destacar que el diseño de alguna planta en particular cambia, debido a que los equipos y criterios a  utilizar están determinados de acuerdo al tipo de carga a procesar.

Reactor de Diolefinas

El diseño de este sistema de reacción debe considerar las condiciones necesarias para que el equipo opere en forma continua tomando como base los siguientes aspectos:

o   Fase totalmente líquida.

o   Saturación total de diolefinas con ligera saturación de olefinas.

o   Control de temperatura por altaexotermicidad.

o   Corrientes de enfriamiento (Quench) para un buen control térmico.

o   Intervalo de temperatura entre 120 y 200°C.

o   Temperatura mínima de saturación de diolefinas 125°C.

o   Catalizador altamente selectivo de metales nobles recomendable usar para diolefinas =Ni o Pd, para olefinas = Ni-Mo.

o   Presión de operación aprox. de 54 a 68 kg/cm² manométricas.

o   ΔT=15 a 30°C.

o   Altos niveles de espacio velocidad, LHSV = 5 a 8.

o   Relación H₂/HC =150 a 250 ft³ / Barril.

Bibliografía

·         Mejoramiento de la sección de reacción de la planta de hidrodesulfuración de naftas No. 2 Cadereyta N.L. Alejandro Osvaldo Monroy Hernández. FES Zaragoza. 2005 México.

·         Estudio cinético de las reacciones de desintegración catalítica de gasóleos. Jorge Ancheyta Juárez. UAM Unidad Iztapalapa. 1998 México D.F.