Grupo. 2 Tarea 04

María Alejandra Herrera Villamizar – Anamaria Pachón Valbuena

1. Describa el proceso (equipos, pasos, corrientes, etc.)

El proceso básicamente tiene un separador flash, una columna de destilación y un reactor, donde pasa la corriente principal por unos intercambiadores de calor.

En cuanto a la corriente principal se tiene una alimentación con una temperatura de 25°C al que se quiere hacer reaccionar por un reactor PFR, pero, para esto, se debe calentar el flujo hasta alcanzar una temperatura de 200°C.

La corriente del efluente disminuye su temperaura y pasa a un segundo intercambiador donde es enfriada con agua fría hasta los 40°C para, posteriormente, entrar al flash, donde se obtiene el producto puro a la misma temperatura y una corriente alterna es recirculada con la misma temperatura (recirculación 1) para calentarse hasta 200°C mediante la mezcla con el efluente de productos y 300MW de un intercambiador para así llevarla al reactor.

La corriente de fondos del flash, con una temperatura de 40°C, es calentada mediante la corriente de destilación con 120MW para llegar hasta los 100°C y entrar a la torre de destilación. La corriente de fondos que calienta a la corriente del flash es enfriada mediante un intercambiador de 200MW hasta llegar a los 40°C que es el producto de interés.

La otra parte de la corriente de flash es el recirculado 2 que entra al reactor a 200°C, pero para llegar a esta condición es calentada mediante un vapor desde los 50°C que es la temperatura de salida desde la columna destilada.

2. Cómo se vería la simulación en Aspen o Hysys

3. Analiza la reaccióna. La reacción es de conversión completa?, delta H de reacción, si la reacción es de equilibrio, qué pasaría con la T de alimentación al

reactor (200°C).

Si se hace alusión a una reacción en equilibrio presenta las siguientes características: la mayoría de parámetros gira en torno al reactor, siendo este adiabático, aumentando la temperatura de la salida de productos y por ser PFR es difícil controlar la temperatura a lo largo del tubo, por lo tanto es exotérmico y esta a su vez hace una recirculación por las diferentes corrientes siendo esta una razón para decir que no es de conversión completa. Para la generación de calor, se supone, de acurdo al diagrama, que es producido por la reacción, puesto que no se observa un intercambiador.

4. Analiza el reactor

Qué tipo de reactor es, qué dimensiones de reactor se requeriría en el proceso, qué pasaría si tuviera otras dimensiones.

De acuerdo al diagrama, se trata de un reactor PFR, es decir que el desplazamiento del fluido se hace mediante gradientes radiales de concentración, temperatura o velocidad de reacción. A medida que el fluido pasa por el reactor, los reactivos se consumen mas, apareciendo mucho más producto, por lo que al final, la dimensiones de este reactor depende de la conversión deseada.

−d F AdV

=−r A

donde F A=FAo−F Ao X , de acuerdo al consumo del material

derivandod FA=−F AodX y combinando la primera ecuaciónqueda lo siguiente :

F AodXdV

=−r A ,e integrando…V=F Ao∫0

xdX−rA

5. Analiza el flash isotérmicoQué pasaría si se aumenta la T de operación, y si disminuyeDepende de los compuestos que entren al sistema, puesto que la separación se hace de acuerdo al punto de ebullición de cada uno tiene, si la temperatura es muy baja, es más el tiempo para que haga una separación entre compuestos, mientras si entra a un temperatura alta, puede que entre en vapor y no haga una separación deseada. También depende la presión con la que trabaje el sistema.

PALETA ASPEN PLUS

Bomba o Turbina Hidraúlica (Pump)

Cambia la presión de una corriente cuando es conocido o se necesita un requerimiento de energía

Compresor o Turbina (Compr)

Cambia la presión de una corriente cuando es conocido o se necesita un requerimiento de energía

Compresor o Turbina Multietapa (MCompr)

Cambia la presión de una corriente a través de múltiples etapas por medio de enfriadores intermedios

Cálculos de Transferencia de Calor (HxFlux)

Realiza cálculos de transferencia de calor empleando transferencia de calor convectiva entre un sumidero de calor y una fuente de calor.

Destilación empleando el método Edmister (Distl)

Determina la separación de fases mediante la relación de reflujo, el número de etapas y la relación destilado/alimentación.

Destilación empleando el método de síntesis de destilación de Aspen (ConSep)

Con el fin de determinar sí el diseño de una columna es factible, desarrolla cálculos de valores límite, plato por plato. La característica de diseño interactivo mientras se examina el mapa ternario permite modificar los parámetros de diseño.

Destilación empleando el método Winn-Underwood-Gilliland (DSTWU)

Permite determinar el número mínimo de etapas, la relación de reflujo mínimo, y además, basado en el número real de etapas, permite determinar la relación real de reflujo.

Decantador (Decanter )

El decantador tiene como función separar en una sola etapa una corriente de dos fases líquidas, para dar lugar a dos corrientes de salida. Requerimientos: Para su funcionamiento es necesario especificar la presión y según se especifique la temperatura o el requerimiento de calor. Además los componentes claves para identificar la segunda fase liquida

divisor (FS Split) Basado en divisores especificados para corrientes de salida, divide la alimentación. Requerimientos: Requiere las composiciones de entrada.

Enfriador o Calentador (Heater)

Tiene como función el determinar tanto las condiciones térmicas como la fase de salida. Es decir, permite el intercambio de calor.

Extracción Líquido-Líquido (Extract)

Modela la extracción a contracorriente de una corriente de líquido empleando un solvente.

Flash 2 Es un tipo de flash que empleando cálculos rigurosos de Equilibrio Líquido-Vapor (VLE) e incluso Vapor-Líquido.Líquido (VLLE) se encarga de separar una alimentación en dos corrientes de salida. Requerimientos: es necesario adicionar las fases que se trabajan. Requiere tambien especificar tipo de flash, y de acuerdo a esto la temperatura, presión, requerimiento de energía (potencia) o la fracción vaporizada.

Flash 3 Tiene como función empleando cálculos rigurosos de Equilibrio Líquido-Vapor (VLE) e incluso Vapor-Líquido.Líquido (VLLE), separar una alimentación en tres corrientes de salida, Requerimientos: Igual que el anterior se requiere especificar lo mismo, pero a diferencia este tiene tres corrientes de salida.

Fraccionamiento Realiza estimados rigurosos y cálculos de diseño para una sola columna. Útil para destilación reactiva, destilación

riguroso (RadFrad) azeotrópica, etc.Fraccionamiento Riguroso con columnas complejas (MultiFrac)

Realiza estimados rigurosos y cálculos de diseño para múltiples columnas de cualquier complejidad. Columnas de integración térmica, absorbedores, columnas de arrastre.

Fraccionamiento para el refinamiento del petróleo (PetroFrac)

Realiza cálculos rigurosos de estimados y a su vez de diseño para columnas aplicadas al refinamiento del petróleo. Fraccionador principal de Cracking catalítico, torres de vacio, torres de preflash.

Intercambiador de Calor de Dos corrientes (HeatX)

Este equipo es empleado para modelar intercambiadores de calor de tubos y coraza, intercambiadores de placa, entre otros. Tiene como objetivo la transferencia de calor entre dos corrientes

Intercambiador de Calor Muticorrientes (MHeatX)

Empleando un solo equipo, permite el intercambio de calor entre múltiples corrientes.

mezclador (Mixer) Combina múltiples corrientes en una sola corriente, se realiza operaciones de mezclado de corrientes, corrientes que añaden calor o trabajo al proceso. Requerimientos: Se debe especificar la presión, Las fases en las que se van a trabajar, las composiciones de las corrientes y la temperatura.

Pipeline Modela la caída de presión a través de un segmento de tubo o un espacio anular.Pipe (Tubo) Modela la caída de presión a través de un segmento de tubo.Reactor Continuamente Agitado (RCSTR)

Modela reactores tanto individuales como varios CSTR considerando estequiometria y la cinética de reacción. Considera el control de la velocidad de reacción.

Reactor de Equilibrio (REquil)

. Permite realizar cálculos estequiométricos para el equilibrio de fases y el equilibrio químico.

Reactor de Equilibrio empleando Minimización de la Energía Libre de Gibbs (RGibbs)

Calcula equilibrios de fases simultáneos tanto para sistemas sólido-líquido-vapor como para soluciones sólidas. Realiza cálculos de equilibrio químico mediante la minimización de la energía libre de Gibbs.

Reactor PFR (RPlug) Modela reactores PFR ya sea único o varios, con reacciones de velocidad controlada y de cualquier fase en donde se conoce la estequiometría y la cinética de la reacción.

Reactor de Es un reactor reactor en el que se desconoce la cinética de la reacción, sin embargo se conoce el avance de reacción.

Rendimiento (RYield)Reactor tipo Lotes (RBatch)

Conociendo la estequiometría y la cinética de la reacción, modela reactores Lotes o Semi-lotes con reacciones de velocidad controlada y de cualquier fase.

Separador por Componente (Sep)

Teniendo en cuenta flujos previamente especificados y las fracciones de división, separa los componentes de una corriente de entrada en múltiples corrientes de salida. Requerimientos: es necesario especificar todos los parámetros de la alimentación como: la presión y las fases; también especifican las condiciones de operación del flash.

Separador por componente con dos salidas (Sep2)

Teniendo en cuenta las fracciónes de división y los flujos previamente especificados Separa los componentes de una corriente de entrada en dos corrientes de salida,. Requerimientos: Al igual que el anterior se debe especificar todos los parámetros de funcionamiento y alimentación del flash, diferenciándose que este cuenta con condensador incorporado y rehervidor.

SS Split Divide la alimentación basado en divisores sub-especificados para cada sub-corriente.. Requerimientos: Requiere las composiciones de entrada, además de debe especificar la presión del sistema.

Unidad de destilación para fraccionamiento complejo del petróleo (SCFrac)

Determina la composición del producto, su respectivo flujo, número de etapas por sección y el requerimiento de calor mediante índices de fraccionamiento. (Unidades de crudo y destiladores al vacío).

Valve (Válvula) Modela la caída de presión a través de una válvula.

*Bomba a 25°C que lleva 100kg Agua pura/hr de 1 a 3 atm.

Aspen Plus

Aspen HYSYS

*Recalentador + Flash de la Tarea 2.

Aspen Plus

Resultados del Intercambiador

Resultados del flash

Aspen HYSYS

*Mezclador de 3 corrientes a 1 atm. Y 25°C

Aspen Plus

Aspen HYSYS

*Divisor y/o Te de 226000 lb/hr de amoniaco a (-9°F y 225psig); división de 0,7 y 0,3.

Reacción directa de:

Alimentación de Etilbenceno puro a 152,2gmol/s; 880K; 1,378bar. V de reactor: 0,77m3; Fluid package: Peng – Robinson.

*En PFR de longitud: 3m y sin caída de presión. (Caso adiabático e isotérmico)

PFR no Adiabatico

PFR Adiabatoco

*En CSTR (caso adiabático y caso con T salida = T entrada).

CSTR no adiabático aspen plus

Analisis

La longitud en el reactor PFR es un parámetro que se ve afectado por la conversión en el reactor dependiendo de la ecuación de diseño utilizada, se observa una diferencia significativa en las grafias esto puede deberse a que los simuladores emplean diferentes datos base para el uso de los parámetros, tambien se presentan inconvenientes en los simuladores al iterar según las fases que se forman en los reactores

Bonificación:

En la ecuación del balance de materia del reactor (Tarea 3), se debe tener en cuenta, tanto lo que desaparece de A debido a la reacción, como lo que ingresa al reactor en la corriente de alimentación (se podría hacer una analogía a como está planteada la ecuación de la dT/dt). De forma que la ecuación del cambio de la Ca con el tiempo queda de la siguiente forma:

Desarrolle la simulación de la reacción por el método de integración numérica explicado en clase (genere las gráficas y compare resultados con lo obtenido anteriormente).

Comparación de datos y graficas.

Tarea 3

Tarea 4.

Análisis de resultados: En las gráficas de las concentraciones de la tarea 3 se estabilizan en el tiempo de 3 horas aproximadamente, mientras que en la tarea 4, teniendo en cuenta lo que entra al reactor en la corriente de alimentación, es decir la aplicación de la ecuación diferencial de concentración, tiene un tiempo de estabilización de 1,5 horas aproximadamente. En cuanto a la temperatura, este, en la tarea 3 presenta un aumento, por lo que se menciona que es exotermico. Y en la tarea 4, la gráfica presenta un comportamiento de 0°C hasta 4,7 horas aproximadamente donde aumenta de manera exotérmica hasta una estabilización de 1,9E9 °C cuando cumple 7 horas.