Producción de Acetato de Etilo

Formulación del   Problema.

La reacción de producción  de Acetato de Etilo  ocurre a partir del ácido acético en un esquema cinético reversible tal como se muestra a continuación:

Etanol + Acido Acetico  <--->  Acetato de Etilo + Agua

la corriente de alimentación es una mezcla de agua, etanol y ácido acético cuyos flujos molares son de 8.82,  186.6 y 192.6 kmol/hr, respectivamente a

70 C y 1 atmósfera. El reactor es de tipo tubular, flujo tapón y opera isotermicamente. Las reacciones son de primer orden con respecto a cada uno de los

reactivos, se supone que las reacciones pueden ocurrir tanto en fase líquida como en fase vapor. La longitud del reactor es 2 mts y tiene un diametro de 0.3 mts.

Los parámetros cinéticos se muestran a continuación:

Reacción hacia adelante:  A=1.9e+08,  E=5.95e+07  J/kmol

Reacción hacia atras    :  A=5e+07,    E=5.95e+07  J/kmol

  Simulación de la operación del reactor

Después de invocar el uso de Aspen obtenemos la siguiente pantalla:

En la siguiente figura se muestra la pantalla de inicio de Aspen.

Para empezar a especificar el problema en cuestión seleccionamos la opción "Reactors" de la parte inferior de la pantalla anterior:

Aspen responde con la siguiente pantalla de donde podemos seleccionar el tipo de reactor a emplear.

Como se observa existen varias posibilidades de tipo de reactor emplear. Seleccionando la opción "RPlug" es la forma como especificamos que el tipo de reactor que nos interesa es tubular. Con el ratón seleccionar dicha opción trasladar el ícono al área de trabajo de Aspen.

dando click con la parte derecha del ratón dejamos de incluir otros tipos de equipos en el área de trabajo de Aspen.

A continuación especificamos las corrientes de alimentación y de productos. Para este propósito seleccionar la opción: "Material STREAMS" de la parte inferior de la pantalla anterior.

y colocar ahora el ratón en cualquier punto del área de trabajo de Aspen. Como observarás alrededor del bloque "B1" que representa al reactor tubular aparecen flechas rojas y azules entrando y saliendo del bloque. Las flechas de entrada representan corrientes de alimentación mientras que las flechas que apuntan hacia afuera del bloque representan

corrientes de productos. Las flechas rojas indican información absolutamente necesaria para ejecutar la simulación, mientras que las flechas azules indican información opcional.

colocando el ratón sobre la flecha roja de entrada al bloque, haciendo click y moviendo el ratón hacia la parte izquierda de la pantalla definimos la corriente de alimentación al reactor. De manera semejante, colacamos ahora el ratón sobre la flecha roja de salida, hacemos click sobre esta corriente y sin dejar de presionar el botón del ratón movemos este hacia la parte derecha de la pantalla; esto define la corriente de producto.

esto completa la definición de todos los elementos de que consta el proceso de reacción: reactor y corrientes de alimentación y productos.

Ahora nos resta por definir varias cosas: naturaleza química de los reactivos/productos, condiciones de operación, método de evaluación de propiedades físicas, especificación del tipo de cinética, etc. Probablemente la forma más simple de proceder sea que el propio simulador nos lleve "de la mano" en un esquema de transparente de especificar los grados de libertad restantes. Para este propósito en la parte superior derecha de la pantalla anterior seleccionamos el ícono donde aparece la opción: "N->" el cual puede interpretarse como especificar el siguiente grado de libertad en cuestión.

la siguiente pantalla sirve para dar un titulo descriptivo al problema en cuestión.

 

en la siguiente pantalla definimos la identidad química de todos los compuestos que participan en el esquema de reacción y también de aquellos componentes que puedan actuar como inertes.

para este propósito la opción más simple para localizar a los compuestos de interes es seleccionar la opción: "Find" ubicada en la parte inferior de la pantalla anterior. El programa responde con la siguiente pantalla:

donde especificamos el nombre o fórmula del compuesto en cuestión y decidimos que sólo nos interesa buscar compuestos cuyo nombre empieza con la cadena tecleada. Una vez que Aspen encuentra el compuesto deseado usamos la opción: "Add" para especificar que este compuesto debe estar presente en nuestra simulación:

de esta forma especificamos el resto de los compuestos. Cuando terminemos de elegir todos los componentes seleccionamos la opción: "Close".

A continuación especificamos el método empleado para determinar propiedades físicas y de equilibrio. Seleccionamos la opción: "NRTL-RK" para especificar que las propiadades de la fase líquida las evaluará usando la ecuación NRTL mientras que para las de la fase vapor empleará la ecuación de estado de Soave.

en la siguiente pantalla se pueden especificar parámetros de interacción binaria para la ecuación NRTL:

en la siguiente pantalla especificamos las condiciones de la corriente de alimentación: presión, temperatura y flujo molar individual de todos loscompuestos de que consta la corriente de alimentación:

en la siguiente pantalla especificamos el tipo de reactor tubular: Reactor con temperatura constante e igual a la temperatura de la corriente de alimentación:

a continuación especificamos la longitud y el diámetro del reactor; también especificamos que la reacción puede ocurrir tanto en fase líquida como en fase vapor.

ahora especificamos toda la información concerniente al esquema de reacción: estequiometría, expresiones cinéticas, etc.

para especificar el tipo de reacciones en el lado izquierdo de la pantalla anterior damos click en la opción: "Reactions" y posteriormente nuevamente seleccionamos la opción "Reactions" que aparece en la parte interna resalta en negritas:

seleccionando la opción: "New" creamos un nuevo esquema de reacción y especificamos que la cinética a emplear será del tipo Arrhenius:

especificando nuevamente: "New" podemos ahora establecer las reacciones que ocurren junto con la estequiometría para cada reacción:

por ejemplo para la primera reacción:

si tecleamos ahora la opción: "N" podemos especificar la segunda reacción:

ahora la estequiometría de las dos reacciones está especificada:

en la siguiente pantalla especificamos la expresión cinética, junto con los parámetros correspondientes, para la primera reacción:

de igual forma para la segunda reacción:

 ahora el problema está completamente especificado:

corriendo el simulador:

finalmente los resultados de los balances de masa y energía: