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Curso de iniciación a la simulación

de procesos químicos con COCO

Simulator y ChemSep

Simulación de reactores químicos con COCO (CORN+COUSCUS)

Esquema Quinta sesión

• COCO Simulator

• Simulación de reactores químicos con COCO

(CORN+COUSCUS)

• Reactor de conversión fija

• Reactor de Flujo Pistón (RFP) con COCO

• Producción de etilenglicol

• Reactor contínuo de tanque agitado (RCTA) con

COCO

cacheme.orgIntroducción a COCO:

• Simulador CAPE-OPEN de procesos químicos freeware

(100% gratuito y diseñado para “conectarse” con otros

software)

Descarga: http://www.cocosimulator.org/

http://www.chemsep.com/downloads/docs/AIChEM2011_Luyben_Processes_with_COCO+ChemSep.pdf

cacheme.orgIntroducción a COCO:

Fuente original: Jasper van Baten - AmsterCHEM (2011)http://www.chemsep.com/downloads/docs/AIChEM2011_Luyben_Processes_with_COCO+ChemSep.pdf

cacheme.orgIntroducción a COCO:

Fuente original: Jasper van Baten - AmsterCHEM (2011)http://www.chemsep.com/downloads/docs/AIChEM2011_Luyben_Processes_with_COCO+ChemSep.pdf

cacheme.orgIntroducción a COCO:

Fuente original: Jasper van Baten - AmsterCHEM (2011)http://www.chemsep.com/downloads/docs/AIChEM2011_Luyben_Processes_with_COCO+ChemSep.pdf

cacheme.orgIntroducción a COCO:

Fuente original: Jasper van Baten - AmsterCHEM (2011)http://www.chemsep.com/downloads/docs/AIChEM2011_Luyben_Processes_with_COCO+ChemSep.pdf

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Fuente original: Jasper van Baten - AmsterCHEM (2011)http://www.chemsep.com/downloads/docs/AIChEM2011_Luyben_Processes_with_COCO+ChemSep.pdf

cacheme.orgSimulación de reactores químicos con COCO

(CORN+COUSCUS)

• Primero consejo: Read the docs! (http://www.cocosimulator.org/index_help.php)

• Diferentes niveles de aproximación disponibles ordenados por simplicidad:

Si no dispongo de datos:

• Reactor fijando la conversión

Si dispongo de datos termodinámicos:

• Reactor de equilibrio

• Reactor Gibbs

Si dispongo de la cinética de reacción:

• RCTA: Reactor contínuo de

tanque agitado (CSTR, inglés)

• RFP: Reactor de flujo pistón

(PFR, en inglés)

cacheme.orgEsquema general de producción

Óxido de etileno

Agua

Reciclado

monoetilenglicol

Dietilenglicol

Trietilenglicol

Pesados

a

b

c

d

e

b

a) Reactor; b) evaporadores (normalmente 2-4 columnas); c, d, e) columnas de destilación de productos.

cacheme.orgReactor de conversión establecida

• Ejercicio: Simular con COFE (COCO) un reactor para producir etilenglicol

considerando que no conocemos ningún dato cinético ni termodinámico pero

como primera aproximación podemos considerar las conversión para cada

reacción.

Reacciones:

cacheme.orgSimulación de un RFP con COFE (COCO)

• Balance de materia:

• Caída de presión:

• Para un reactor de lecho fijo o empaquetado (Ec. de Ergun)

• Balance de energía:

http://www.cocosimulator.org/index_help.php?page=COUS/pfr.htm

Re<2300

Turbulent flow

Good news: Estas ecuaciones ya están implementadas y pueden ser resueltas con COCO directamente. Además, se puede acoplar MATLAB/Scilab para casos más complejos.

Bad news: Sólo permite simular el comportamiento más simple (ideal).

cacheme.orgRFP: Estudio paramétrico

Cinética

Expresiones de cada reacción a introducir en COFE:

R1 = exp(13.62-8220/T)/60/1000*C(Water)*C("Ethylene oxide")R2 = exp(15.57-8700/T)/60/1000*C("Monoethylene glycol")*C("Ethylene oxide")R3 = exp(16.06-8900/T)/60/1000*C("Diethylene glycol")*C("Ethylene oxide")

Ejercicio: Realiza un estudio paramétrico variando la longitud del reactor

cacheme.orgProducción de etilenglicol

http://www.chemsep.com/downloads/data/EG_IECR48p10840.fsdhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie901037w

cacheme.orgEjemplo de un RCTA:

Producción de butil-acetato

r1 = (7000000*exp(-71760/(R*T))*C("Methyl acetate")*C("1-butanol")-9.467e6*exp(-72670/(R*T))*C(Methanol)*C("N-butyl acetate")) [mol/(s·m3)]

http://www.chemsep.com/downloads/data/Butyl_Acetate_iecr50p1247.fsd

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie100103r

[kmol/(s·m3)]

Fuente: Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 50, No. 3, 2011

cacheme.orgDiseño del reactor

𝐷𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎:𝑃𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙Ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜

Ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜𝐴𝑔𝑢𝑎 (𝑎𝑐𝑖𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎)𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙

Metanol (M)

A B C

𝐹𝐴0𝑄𝑉

𝑇0𝐶𝐴0

𝐹𝐴𝑄𝑉

𝑇𝐶𝐴

FA0 Flujo molar de entrada de óxido de propileno (kmol/h) 338.20

FB0 Flujo molar de entrada de agua y ácido sulfúrico (kmol/h) 6259.58

FM0 Flujo molar de entrada de metanol (kmol/h) 558.83

Qv Caudal volumétrico de entrada (m3/h) 158.57

Temperatura de operación: 37.8ºCConversión mínima: 0.37

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Muchas gracias por su atención