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