UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO DE LA PRODUCCIÓN DE PROPILENGLICOL A PARTIR DEL OXIDO DE PROPILENO EN UN REACTOR DE TIPO
CSTR CON EL PROGRAMA HYSYSCÁTEDRA : ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS CATEDRÁTICO : Ing. PASCUAL GUEVARA YANQUIINTEGRANTE : MEZA FABIAN, Gabriela
SEMESTRE : IX-Industrial
OBJETIVO GENERAL
Simular en estado estacionario la
producción de propilenglicol a partir del
óxido de propileno en un reactor tipo
CSTR con el simulador HYSYS V.8
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Realizar el balance de materia para la obtención del propilenglicol a partir del óxido
de propileno y del agua en el mezclador y reactor tipo CSTR.
Realizar el balance de energía para la obtención del propilenglicol a partir del óxido
de propileno y del agua en el mezclador y en el reactor tipo CSTR.
Elaborar el diagrama de flujo del proceso de producción del Propilenglicol.
Elaborar el diagrama de bloque del proceso de producción del Propilenglicol.
Simular el proceso de obtención del Propilen-Glicol en estado estacionario con
ASPEN HYSYS.
Comparar los resultados obtenidos por el método convencional y el simulado en
Aspen HYSYS del balance de materia en el mezclador y en el reactor tipo CSTR.
Comparar los resultados obtenidos por el método convencional y el simulado en
Aspen HYSYS del balance de energía en el reactor tipo CSTR.
Elaborar el cuadro comparativo de resultados obtenidos por método
convencional y la simulación en ASPEN HYSYS.
PROPILENGLICOLEl propilenglicol es un líquido incoloro, soluble en agua, higroscópico, con un olor específico de glicoles, de viscosidad media, de baja presión de vapor y de baja toxicidad. El propilenglicol industrial tiene uso en numerosas industrias y tiene una amplia gama de aplicaciones prácticas.
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
Nombre químico 1,2-propanediol
Formula CH3-CH(OH)-
CH2OH ;C3H8O2
Peso molecular (g/mol) 76
Punto de ebullición
101.3kPa(1atm)
187.4ºC(369ºF)
Viscosidad 25ºC (77ºF) 48.6 centipoise (mPa.s)
Temperatura de autoignición 371 ºC (700ºF)Fuente: www.pintaluba.com – Andrés Pintaluba .S.A.
REACTOR CSTR Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada de tal manera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto, se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del reactor.
MODELOS DE COEFICIENTES DE ACTIVIDAD O DE ENTALPÍA LIBRE DE EXCESO
Describen la dependencia de las propiedades de una mezcla respecto a la composición a partir del concepto de composición local, que se introduce para tener en cuenta la distribución no aleatoria de las moléculas en el líquido.
Ecuación UNIQUAC (Universal Quasi-Chemical Theory)
La ecuación UNIQUAC es aplicable a una gran variedad de mezclas líquidas, incluyendo las parcialmente miscibles. Sus principales ventajas son, en primer lugar su relativa simplicidad, y en segundo lugar, su gran rango de aplicación.
APLICACIÓN DEL PROPILENGLICOL
El propilenglicol industrial se utiliza en una amplia gama de productos, incluyendo diversos productos básicos tales como resinas de poliéster, refrigerantes para motores, pinturas de látex, fluidos de transferencia de calor y compuestos antihielo. Asimismo, se aplica en limpiadores líquidos, lubricantes, plastificantes y aditivos para el triturado de cemento.
SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO PARA LA PRODUCCION DE PROPILENGLICOL DE MANERA CONVENCIONAL
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Propilen glicol (C3H8O2) se obtiene por reacción del Oxido de Propileno (C3H6O) y agua (H2O). Las condiciones de las corrientes de alimentación al sistema, se indican en la Tabla 3.Tabla 3Condiciones de alimentación PDF P-G
Nombre Óxido de Propileno
Agua
Temperatura (ºF) 75 75Presión 1,1 atm 16,16 psiFlujo molar 150 lb mol/h Óxido de propileno Fracción molar: 1,0 Flujo másico: 0,0 lb/hAgua Fracción molar: 0,0 Flujo másico: 11000,0
lb/hPropilen glicol Fracción molar: 0,0 Flujo másico: 0,0 lb/h
Fuente: Universidad tecnológica nacional – Facultad regional rosario (Simulación Dinámica con HYSYS: Caso de una Planta de Propilen glicol).
Las corrientes de alimentación se mezclan previamente en un Mixer y la corriente resultante ingresa a un reactor tanque agitado continuo que funciona a temperatura constante y presión atmosférica. La reacción, que se describe en Tabla 4, ocurre en fase líquida. El reactor tiene un volumen de 280 ft3, se supones caída de presión nula y mantiene un nivel de líquido de 85 %.
Nota: Las velocidades de reacción están dados en lbmol/ft3.h. Las energías de activación están dadas en Btu/lbmol.
OHCRT Cexr
63
0003213107,1
BALANCE DE MATERIA - ESTACIONARIOBALANCE DE MATERIA EN EL MEZCLADOR
(1)Consideraciones:
Estado estacionario (Acumulación = 0). No existe reacción química (Generación =0) Mezcla de fluidos líquidos incompresibles.
Entrada = SalidaA + B = F (2)
nAcumulacióGeneraciónSalidaEntrada
CÁLCULO DE LA CORRIENTE A:
De la Tabla 3:
A = 150 lbmol /h CÁLCULO DE LA CORRIENTE B:
De la Tabla 3: CÁLCULO DE LA CORRIENTE F:
Reemplazando los valores anteriores en (2):
Tabla 5. Tabla de resultados del balance de materia en el mezclador.
hlbmolF /111.761111.611150
COMPONENTE
A , lbmol/
h
B , lbmol/
h
F , lbmol/
h
xi, fracción molar en
FOxido de Propileno
150 0 150 0,1971
Agua 0 611.111
611.111
0,8029
BALANCE DE MATERIA EN EL REACTOR CSTR
Donde:V: Corriente de Venteo P: Corriente Producto
(3)Consideraciones:
• Estado estacionario (Acumulación = 0).• La reacción ocurre en la fase líquida.• La presión de operación es la atmosférica (14,7
psia) y a una temperatura constante de 140 ºF (isotérmico).
nAcumulacióGeneraciónSalidaEntrada
(6)
hlbmolP
hlbmolXFFF
hlbmolXFFF
hlbmolXFFF
AACicolpropelingl
AABagua
AAApropilenodeóxido
901.61621.144901.46679.5
210.1449614,01500
901.4669614,0150111.611
790.59614,0150150
00
00
00
CÁLCULO DE LOS FLUJOS MOLARES DE LOS PRODUCTOS DE REACCIÓN
Tabla 6. Tabla de resultados del balance de materia en el reactor
Especie iF ,
lbmol/h
xi,fracción molar en F
P , lbmol
/h
xi,fracción molar en P
Oxido de Propileno
150 0,197 5.790 0,009
Agua 611.111
0,803 466.901
0,757
Propilen glicol 0 0 144.210
0,234
BALANCE DE ENERGIA - ESTACIONARIO
BALANCE DE ENERGÍA EN EL MEZCLADOR
Tabla 7
Condiciones físicas de la mezcla a la salida del mezcladorParámetros Corriente A Corriente
BCorriente F
Temperatura, ºF 75 75 75
Presión, psia 16,16 16,16 16,16
Flujo molar, lbmol/h 150 611.111 761.111
Fracción molar de vapor
0 0 0
BALANCE DE ENERGÍA DEL REACTOR CSTR
BALANCE DE ENERGÍA EN EL REACTOR CSTR
CÁLCULO DE LAS CAPACIDADES ESPECÍFICAS
AARx
n
i
T
T ii
ooXFTHdTCpFWQ
i0
10
0
FlbmolBTUCp
FlbmolBTUCp
FlbmolBTUCp
icolpropilengl
propilenodeóxido
agua
.º46
.º35
.º18
lbmolBTUH
lbmolBTUH
lbmolBTUH
oficolpropilengl
ofpropilenodeóxido
ofagua
000226
60066
000123
,
,
,
FLOWSHEET OBTENIDO POR HYSYS
TABLAS COMPARATIVAS ENTRE LOS RESULTADOS DEL CÁLCULO CONVENCIONAL Y LOS OBTENIDOS CON EL SIMULADOR HYSYS
CONCLUSIONES
Se realizó el balance de materia para la obtención del propilenglicol a partir del óxido de
propileno y del agua en el mezclador y reactor tipo CSTR. De la cual se obtuvo una
mezcla de a una temperatura de 140°F
Se realizó el balance de energía para la obtención del propilenglicol a partir del óxido de
propileno y del agua en el mezclador y en el reactor tipo CSTR. De la cual se obtuvo un
flujo calorífico de -4.265x106 BTU/h a una temperatura de 140°F.
Se elaboró el diagrama de flujo del proceso de producción del Propilenglicol.
Se elaboró el diagrama de bloque del proceso de producción del Propilenglicol.
Se Simulo el proceso de obtención del Propilen-Glicol en estado estacionario con
ASPEN HYSYS.
De los resultados obtenidos del cálculo convencional y en el simulado con el programa
Aspen HYSYS v8 del balance de materia para la mezcla, realizando la comparación se
obtuvo una diferencia porcentual de 0.15%
De los resultados obtenidos del cálculo convencional y simulado con el
programa Aspen HYSYS v8, para el balance de energía en el reactor se
obtuvo una diferencia porcentual de 7.28%
Se comparó los resultados de la simulación del reactor CSTR en base al
modelo UNIQUAC, siendo para el producto: 614.9 lbmol/hr. Mientras que
para el método convencional tenemos 616.9 lbmol/hr obteniendo una
diferencia porcentual de resultados de 0.08%
Se simuló el comportamiento estacionario en la producción de Propilen-
Glicol para una temperatura de 140°F
Se obtuvo el diagrama de la simulación para el análisis de la variación de la
carga de enfriamiento al reactor con la velocidad de producción del Propilen-
Glicol con la temperatura del reactor cuando asume diferentes temperaturas
desde 125°F hasta 180°F gracias a la aplicación del Databook en el programa
Aspen Hysys.
Método Convencional
Simulador HYSYS v8
Error %
Oxido de propileno (lb mol/h) 150 150 0.00
Agua (lb mol/h) 611.111 610.6 0.08
Mezcla (lb mol/h) 761.111 760 0.15
Venteo (lb mol/h) 0 0 0.00
Producto (lb mol/h) 616.9 616.4 0.08