Taller Propilenglicol

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Universidad Nacional de Colombia Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Modelamiento y simulación de procesos químicos Ing. Iván Darío Gil Chaves

TALLER DE PROPILENGLICOL Catalina María Naranjo Santaella, Jessica Milena Tapiero Rivera 3 de noviembre del 2016

Metodología y resultados Inicialmente, se escogió el modelo termodinámico NRTL para realizar la simulación de la obtención del propilenglicol partiendo de una reacción entre agua y oxido de propileno, esta reacción es altamente exotérmica por lo que se necesita un exceso de agua para obtener el producto deseado en una medida y concentración adecuada. La cinética presentada no es la única que se emplea para modelar dicha reacción, a continuación, se muestra un ejemplo de dicha reacción con una expresión cinética (Gil, ID, Process Analysis and Simulation in Chemical Engineering, p.231).

Donde: La velocidad de la reacción 𝑟𝐶3 𝐻6 𝑂 esta dada en

𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3 𝑠

𝐽

La energía de activación está dada en 𝑘𝑚𝑜𝑙 Pero en este caso particular se emplea otro tipo de expresión cinética para el modelamiento del reactor CSTR.

Donde: La velocidad de la reacción 𝑟𝐶3 𝐻6 𝑂 esta dada en

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑓𝑡 3 ℎ

𝐵𝑇𝑈

La energía de activación está dada en 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 Al plantear la simulación en ASPEN Plus, se utilizó un montaje con un reactor tipo CSTR y una torre de 6 platos con una relación de reflujo de 0,5.

Universidad Nacional de Colombia Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Modelamiento y simulación de procesos químicos Ing. Iván Darío Gil Chaves

En el caso del reactor las unidades dadas requirieron ser transformadas para coincidir con las unidades del simulador, dando como resultado una velocidad de reacción de 7,554 𝑥1010 𝑠 −1 . En este ejercicio se busca tener un propilenglicol con una pureza del 99.5% Las condiciones de entrada de las corrientes fueron CORRIENTE Agua

TEMPERATURA 75,2 °F

PRESIÓN 87 psia

FLUJO MÁSICO (lb/h) 50000

Oxido de propileno + Metanol

75,2 °F

87 psia

41700

Las condiciones del reactor fueron Q

adiabático

Presión

43 psi

Volumen

40,25 ft 3

Condiciones de la columna Etapas

6

Reflujo

0,5

Etapa de alimentación

3

En primer lugar, debido a que la reacción de óxido de propileno con agua para producir propilenglicol es de carácter exotérmico, se debe analizar la influencia del flujo de agua sobre la temperatura de reacción y al mismo tiempo sobre la posibilidad de encontrarse en un estado de múltiples estados estacionarios. Ya que en un ejercicio anterior en el que se analizó la multiplicidad de estados estacionarios para la misma reacción, se determinó un rango de flujo de agua que definía un rango de temperaturas para las cuales la reacción se llevaba a cabo lejos de la condición de multiplicidad de estados estacionarios, se determinó que la reacción debe llevarse a cabo en temperaturas entre 75 y 110 °C. Teniendo este rango y considerando que el agua debe separarse después del producto, se consideró un flujo de agua que permitiera una temperatura de reacción de 110 °C, a la cual, adicionalmente se presenta una conversión elevada.

Después de llevada a cabo la reacción, es necesaria su separación por lo que primero se realiza un cálculo corto para determinar la mínima relación de reflujo de la columna, la cual es 0,017 y el numero mínimo de etapas que resultó 1,67. Sin embargo, para llevar a cabo la separación, se empleó una columna de 6 etapas con una relación de reflujo de 0,5 y para cumplir con la especificación de producción de 95% en masa de propielenglicol, se empleó una especificación de diseño variando el flujo de destilado, el cual resultó 3000 lbmol/h.

Universidad Nacional de Colombia Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Modelamiento y simulación de procesos químicos Ing. Iván Darío Gil Chaves

Bibliografía  Gil, I.D., Guevara, J.R., García, J.L., Leguizamon, A., Rodríguez, G. Process Analysis and Simulation in Chemical Engineering. First Edition. Springer International Publishing, 2016. ISBN 978-3-319-14811-3.

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