CONTROL DE UN REACTOR EN EL PROCESO DE PRODUCCION DE ACETATO DE BUTILO Y METANOL EMPLEANDO RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO COMO CATALIZADOR.


TRABAJO APLICATIVO CONTROL DE PROCESOS

ENTREGADO POR:
YEFFERSON STID RUIZ CARDONA
MONICA BARRAGAN JAVELA
JUAN SEBASTIAN BUITRAGO
LEONARDO CASTRO PIRACOA

CONTROL DE UN REACTOR EN EL PROCESO DE PRODUCCION DE ACETATO DE BUTILO Y METANOL EMPLEANDO RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO COMO CATALIZADOR.
1. Descripción del proceso
El proceso a analizar será el de la obtención de acetato debutilo y metanol, a partir de acetato de metilo y butanol, siendo ésta una reacción de transesterificación, que consiste en la sustitución del grupo alcoxi de un éster por el de un alcohol, obteniendo otro éster y otro alcohol. A continuación se presenta la reacción del proceso:
Ecuación
Este es un proceso innovador para aprovechar el MM20 que es un subproducto de la industria de depolivinilalcohol (PVA), con requerimientos altos y por lo tanto costoso. El MM20 es una mezcla de metanol y acetato de metilo, rica en el primero que se transforma en MM80, compuesto aproximadamente por 80% de acetato de metilo, 0,05% de contenido máximo agua y 0,05% de acidez máxima. La transesterificación del MM80 mediante el uso de butanol, permite la obtención del acetato de butilo que es undisolvente muy utilizado en la industria de tintas y barnices, así como de revestimientos, también es utilizado en la síntesis de farmacéuticos activos, como saborizante de alimentos, en la fabricación de lacas, esmaltes, perfumes y extractos aromatizados entre otros.
El metanol es un disolvente de uso universal tanto industrial y doméstico, muy utilizado en la fabricación de formaldehido, comosolvente de barnices, tintura de zapatos, limpiavidrios, líquido anticongelante, solvente para lacas, resinas, adhesivos, biocombustible, entre muchas otras aplicaciones.
El proceso tiene como objetivo obtener puros los dos productos de la reacción (metanol y acetato de butilo), realizando primero la reacción indicada anteriormente en un reactor, después del cual se alimenta esta corriente a unaprimera columna donde se separan mediante destilación los componentes pesados (metil acetato y metanol) de los livianos (butanol y butil acetato). Luego se envía el destilado a otra columna donde se produce por destilación por cima un metanol de alta pureza (98,72%) y en los fondos acetato de metilo (64% cercano al azeótropo). La corriente de fondos de la primera columna se alimenta a una terceracolumna donde se obtiene un destilado de butanol (90%) y una corriente de fondos de acetato de butilo (98,7%). A continuación se puede ver el diagrama de flujo del proceso:

Figura . Proceso de producción de acetato de butilo y metanol (Luyben, 2010)
Elección de la unidad de proceso
La unidad a elegir será el reactor, donde la reacción correspondiente presenta la siguiente cinética de primerorden:
Ecuación
Ecuación
Ecuación

Las unidades de la velocidad de reacción son kmol/sm3, las concentraciones están en kmol/m3, la energía de activación está en kJ/kmol y la temperatura se encuentra reportada en Kelvin.
El catalizador a utilizar es Amberlyst 15 que es una resina de intercambio iónico sulfónica. Las condiciones de operación del reactor son 350 K y 5 atm, al cual se alimentauna mezcla de 60% de metil acetato y 40% de metanol, con flujo másico de 100 kmol/h y con un volumen de 4 m3. El tiempo de residencia en el reactor es de 6 min, dado que el equilibrio químico se obtiene de manera rápida debido a la cinética. La conversión del metil acetato en el reactor es del 34%.
Las constantes de velocidad de la reacción directa e inversa aumentan con la temperatura por loque la velocidad de reacción se incrementa, mientras que la constante de equilibrio químico decrece ligeramente con el incremento de ésta última, lo que se observa en la figura 2. De lo anterior se concluye que una menor temperatura incrementa la conversión, pero las velocidades de reacción a bajas temperaturas son pequeñas, por lo que la cinética de la reacción limita la conversión, por lo que...