Balances de materia de un proceso de destilacion


Universidad de La Frontera
Facultad de Ingeniería, Ciencias y Administración


Modelación y Simulación de Procesos
Informe trabajo final: Cálculo de balances de materia en Excel.



Ingeniería Civil Industrial Mención Bioprocesos
Fecha de realización del taller: martes 9 de julio de 2013
Fecha de entrega: lunes 29 de julio de 2013


Introducción
El propósito de este trabajo esresolver el problema de producción de alcohol etílico en una cantidad de 150.000 m3/año mediante hidratación del etileno, una reacción secundaria en que el etanol se transforma en éter etílico, y además el propileno reacciona para producir isopropanol como se muestra a continuación:
1.- OH
2.-O
3.-
La problemática es calcular los flujos de las distintas corrientes en el proceso, para elloutilizaremos los balances de materia por componentes los cuales introduciremos a una tabla de cálculo Excel, y así poder conocer las cantidades de componentes: etileno, propileno y metano, los cuales componen la alimentación, para poder así cumplir con las cantidades de etanol producidas anualmente.


Resultados y discusión
El proceso de producción de alcohol etílico o etanol se ve esquematizadoen la figura 1, donde se puede observar el reactor, el separador flash, el absorbedor, separador y la bifurcación, además de las corrientes de circulación, recirculación, agua, purga y productos.


Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de producción de etanol.

El enunciado del problema entrega una serie de datos tales como el porcentaje de cada elemento en la alimentación, el exceso deagua con respecto al etileno en la alimentación y la fracción de recirculación se pueden ver en la tabla 1.

Tabla . Datos alimentación y recirculación
Datos
Fracción de Recirculación (r)
0.95
Componentes en la alimentación
%
Etileno
96
Propileno
3
Metano
1
Exceso de Agua
40


Además de los datos descritos anteriormente el problema nos da a conocer los porcentajes de conversión deetileno y propileno a etanol, pero en el reactor ocurren otras conversiones, tales como de etanol a éter etílico y a de propileno a isopropanol. Para efectos de cálculo nosotros nos daremos estos dos últimos porcentajes, los cuales podemos observar en la tabla 2, además de la selectividad del propileno.



Tabla . Selectividad y porcentajes de conversión.
Selectividad Propileno
96%Compuesto
A producto
Porcentaje de conversión
Etileno
Etanol
6
Propileno
Etanol
1
Propileno
Isopropanol
2
Etanol
Éter etílico
1


La selectividad nos indica que de cada 100 moles de etileno convertido se obtienen 96 moles de Etanol.
Conociendo estos datos y sabiendo la producción total de etanol al año requerida, mediante balances de materia por componentes en cada una de las etapas delproceso, podemos obtener las cantidades de materia prima necesarias para cumplir con la producción.
El primer balance a realizar es el del etileno ya que con el podemos calcular los componentes en la alimentación además del exceso de agua. Estos balances se efectúan desde el final hacia adelante ya que solo conocemos la cantidad a conocer.
Debido a que el absorbedor no ocurre un proceso detransformación supondremos que la corriente G viaja de forma directa a al punto de mezcla en que nacen la corriente de recirculación E y de purga F, haciendo esta suposición la corriente H solo traerá productos de él separador flash.
Para efectos de cálculo la corriente de producción de etanos en m3/año será transformada en kmol/hrs. Para esto el flujo de salida es multiplicado por la densidad deletanol y se divide por el peso molecular, posteriormente se efectúan las conversiones correspondientes de días a horas y de mol a kmol. El valor de conversión nos arroja 301,52kmol/hora de producción de etanol.
Los balances de materia para las corrientes i= A (alimentación), B, C, E, F, G, H y los componentes j=etileno, propileno, metano, agua, éter etílico, isopropanol y agua los desarrollaremos...