Fabricación de PVC y síntesis de amoniaco: reacciones y condiciones óptimas

Producción de Cloruro de Polivinilo (PVC)

A. Diagrama de Bloques para la Fabricación de PVC

(Imagen: Diagrama de bloques del proceso de fabricación de PVC)

El cloro, que se obtiene industrialmente a partir de procesos como la electrólisis de salmuera (la cual también produce sosa cáustica), se combina con etileno para formar dicloroetano. Este compuesto, a su vez, se craquea térmicamente para producir cloruro de vinilo (VCM), el monómero esencial que posteriormente polimeriza para dar lugar al PVC.

Reacciones y Etapas para Fabricar VCM

La producción de cloruro de vinilo monómero (VCM) se realiza principalmente a través de dos reacciones clave:

1. Reacción de Cloración Directa

   Esta reacción es altamente exotérmica y se representa como:

   CH₂ = CH₂ + Cl₂ → ClCH₂ – CH₂Cl

   Con un cambio de entalpía de ΔH = -43.800 kcal/mol.

2. Reacción de Oxicloración

   La reacción de oxicloración permite aprovechar el subproducto HCl y se formula como:

   CH₂ = CH₂ + 2HCl + O₂ → ClCH₂ – CH₂Cl

   Con un cambio de entalpía de ΔH = -57.000 kcal/mol.

B. Reacciones para la Obtención de PVC

El PVC se obtiene mediante la polimerización del cloruro de vinilo monómero (VCM). Este proceso puede llevarse a cabo de forma continua o por cargas (proceso batch) en un reactor. La reacción general de polimerización es:

nCH₂ = CH – Cl → (–CH₂ – CHCl –)n

Donde n representa el número de unidades monoméricas que forman la cadena de polímero (PVC).

Producción de Amoniaco a partir de Gas de Síntesis

A. Condiciones Óptimas de Presión y Temperatura para la Reacción de Metano

La reacción de reformado de metano es endotérmica y se caracteriza por un incremento en el número de moles (Δn = +2). En consecuencia, para maximizar la conversión, la temperatura debe ser lo más elevada posible, mientras que la presión debe ser la menor posible (idealmente, 1 atmósfera). Según la Figura A (no incluida), a 1 bar y 1050 K, la conversión de CH₄ puede alcanzar el 100%.

B. Condiciones Óptimas de Presión y Temperatura para la Síntesis de Amoniaco

La reacción de síntesis de amoniaco (proceso Haber-Bosch) es:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Esta reacción es exotérmica (ΔH°₂₉₈ < 0) y conlleva una disminución en el número de moles (Δn = -2). Por lo tanto, para favorecer la formación de amoniaco, la temperatura debe ser lo más baja posible, mientras que la presión debe ser lo más elevada posible. Estas condiciones están limitadas por la resistencia de los materiales (metalurgia) y los costes operativos.

C. Diferencias Clave entre Ambas Reacciones

• La reacción de reformado de metano requiere temperaturas elevadas y presiones bajas.
• La reacción de síntesis de amoniaco requiere temperaturas bajas y presiones elevadas.

D. Conversión Aproximada y Estimación de Ahorro de Energía

Para lograr elevadas conversiones de metano, se requieren temperaturas altas y presiones bajas. Sin embargo, para optimizar los costes de compresión, es deseable que la presión inicial del gas de síntesis sea lo más elevada posible. A elevadas relaciones H₂O/CH₄ (como se muestra en la Figura B, con un valor de 5), la conversión de metano es más alta para cualquier temperatura y presión dadas. Por lo tanto, se recomienda utilizar relaciones H₂O/CH₄ elevadas.

La temperatura puede ser elevada, hasta los 1200 K (927 °C). En cuanto a la presión, el reformado puede realizarse a 30 bar. Bajo estas condiciones, la conversión de metano puede alcanzar el 95%.

El ahorro de energía de compresión al llevar a cabo el reformado a 30 bar en lugar de 1 bar es significativo. Este ahorro es proporcional a la relación:

ln(200/30) / ln(200/1) = ln(6,67) / ln(200) ≈ 1,9 / 5,3 ≈ 1/2,8

Esto significa que los costes de compresión se reducen aproximadamente 2,8 veces.

Diagrama de PERT para Ayudas Humanitarias

(Imagen: Diagrama de PERT para la gestión de ayudas humanitarias)