Pregunta: El anhídrido maleico es un compuesto orgánico de fórmula empírica C4H2O3 que se produce industrialmente a gran escala para aplicaciones en recubrimientos y polímeros. Un método para producir anhídrido maleico es mediante la oxidación de benceno en presencia de un catalizador: C6H6 (benceno) + 4,5O2 → C4H2O3 (anhídrido maleico) + 2CO2 + 2H2O (1) También

El anhídrido maleico es un compuesto orgánico de fórmula empírica C4H2O3 que se produce industrialmente a gran escala para aplicaciones en recubrimientos y polímeros. Un método para producir anhídrido maleico es mediante la oxidación de benceno en presencia de un catalizador: C6H6 (benceno) + 4,5O2 → C4H2O3 (anhídrido maleico) + 2CO2 + 2H2O (1) También ocurre una reacción secundaria para producir quinona: C6H6 ( benceno) + 1,5O2 → C6H4O2 (quinona) +H2O (2) Tiene la tarea de desarrollar un diagrama de flujo de proceso preliminar para una planta de proceso para fabricar 78500 toneladas/año de anhídrido maleico con una pureza del 99,9%. Un año puede considerarse equivalente a 8000 horas de funcionamiento. Las alimentaciones del proceso son benceno puro y aire (21% O2 y 79% N2), ambos a 20C y presión atmosférica. Las temperaturas de reacción típicas deben estar en el rango de 350 °C a 400 °C, a una presión de reacción de 250 kPa. La temperatura máxima a la que se puede exponer el catalizador sin causar daños irreversibles es 650C. En el reactor, ambas reacciones (1) y (2) son instantáneas y altamente exotérmicas: el 95% del benceno alimentado al reactor se consume mediante la reacción 1 y el 5% restante se consume mediante la reacción 2. Se puede suponer una conversión completa. para ambas reacciones. Después del reactor, los productos se envían a un depurador (a 300°C y 100 kPa) donde se utiliza un disolvente orgánico pesado para absorber todo el anhídrido maleico, el subproducto de quinona y pequeñas cantidades de agua. Sin embargo, el agua absorbida en el disolvente también reacciona con el anhídrido maleico absorbido para formar ácido maleico (a través de la reacción 3), que debe eliminarse del producto de anhídrido maleico. C4H2O3 (anhídrido maleico) + H2O → C4H4O4 (ácido maleico) (3) Para el proceso de absorción, la relación molar de disolvente a anhídrido maleico se fija en 5:1. Además, se supone que sólo el agua producida mediante la reacción 2 se absorbe en el disolvente orgánico pesado y participa en la reacción en fase líquida (es decir, la reacción 3) para producir ácido maleico. También es deseable recuperar y reciclar el disolvente orgánico. En el proceso de síntesis se deben tener en cuenta la separación y purificación del producto tanto del producto principal como de los subproductos. Los puntos de ebullición de los componentes del proceso en función de la presión se muestran en la Tabla 1. Tabla 1: Temperaturas de punto de ebullición (C) a diferentes presiones Presión (kPa) Anhídrido maleico Ácido maleico Benceno Quinona Disolvente 100 202,0 137,9 80,1 180,9 340,0 200 230,1 157,4 102,7 206,9 373,0 300 248,5 170,1 119,2 224,0 394,8 Con base en la información proporcionada, emplee el método de análisis de medios y fines para construir un diagrama de flujo del proceso para fabricar 78500 toneladas/año de anhídrido maleico con una pureza del 99,9 %. Su solución debe incluir los siguientes pasos: a. Elimine las diferencias en el tipo molecular: dibuje un diagrama conceptual del proceso que detalle todas las reacciones que tienen lugar en el proceso y muestre todas las entradas y salidas. Calcule los flujos de todas las materias primas (es decir, piensos) y productos y subproductos. [15] (Sugerencia: puede resultar útil comenzar los balances de materia utilizando una base de 100 kmol de alimentación de benceno. Luego, los resultados se pueden escalar a la base requerida). b. Distribuya los productos químicos haciendo coincidir fuentes y sumideros: calcule el flujo y las distribuciones químicas de todas las corrientes intermedias, incluidos los reciclados. Especifique las condiciones operativas (es decir, T y P) para las operaciones de la unidad principal y los flujos de proceso. [15]c. Eliminar diferencias en composición – Especificar las operaciones unitarias y la secuencia de los procesos de separación requeridos con base en los resultados del balance de masa y los datos del punto de ebullición (BP) en la Tabla 1. [15] d. Elimine las diferencias de temperatura, presión y fase: identifique los cambios de temperatura, presión y fase necesarios e inserte las operaciones (es decir, bloques) y condiciones apropiadas [15] e. Integre tareas: combine todas las operaciones (es decir, cambios) en procesos unitarios; dibuje un diagrama de flujo de proceso preliminar para el proceso.