Diseño Procesos 1 final word



Resumen
Abordaremos el diseño de los reactores químicos y otros equipos complementarios (intercambiadores/separadores/mezcladores/válvulas/compresores) involucrados en las diferentes etapas de una planta de procesos químicos, incorporando aplicaciones de Aspen HYSYS a fin de modelarlo y simularlo en modo estacionario.
Introducción
El anhídrido acético, comúnmente abreviado Ac2O, es uno de losanhídridos carboxílicos más simples. Con fórmula química (CH3CO)2O, es uno de los reactivos más ampliamente usados en síntesis orgánica. Es un líquido incoloro, que huele fuertemente a vinagre.
El Ac2O es ampliamente empleado en química para la acetilación de alcoholes y aminas. La mayor parte de la producción de anhídrido acético va a parar a la fabricación de acetato de celulosa (plásticos yfibras textiles).
Otras aplicaciones, por ejemplo, son la síntesis de la tetraacetiletilenodiamina (TAED) en la industria de detergentes, y la síntesis de fármacos tales como el ácido acetilsalicílico (aspirina) o el paracetamol.
El anhídrido acético es corrosivo, irritante e inflamable
Desarrollo
La reacción de hidratación del anhídrido da como producto ácido acético con la siguienteestequiometria:


En la bibliografía1 puede observarse que cuando esta reacción está concentrada la ecuación de velocidad es de segundo orden, mientras que cuando esta diluida se comporta como de primer orden.
Diluida

Ecuación 1- Ley de velocidad 1
Concentrada

Ecuación 2- Ley de velocidad 2
Se procederá a trabajar en el diseño de un RTAC, un RT, varios RTAC en serie y reactores adiabáticos con los datosproporcionados por la cátedra. No se diseñará para RTAD ya que los procesos discontinuos no son muy utilizados en la industria debido a que lleva tiempo realizar la carga y descarga del proceso intermitente cuando se manejan grandes cantidades de reactivos. Por otro lado tampoco se realizara un diseño con recirculación ya que estos se utilizan preferentemente en reacciones autocatalíticas. Sidebiéramos calcular la razón óptima de recirculación en el caso de RT nos daría 0 mientras que en el RTAC da infinito.
Relación molar (anhídrido/ agua)
Temperaturas (ºC)
1/10
25
1/25
35
1/131
50
Tabla 1- Datos de trabajo otorgados por la cátedra

Ilustración 1- Diagramas de los diferentes reactores con sus respectivas nomenclaturas
De la misma bibliografía citada previamente se obtuvieron los valores delas constantes de velocidad.


k solución Concentrada (l/mol. Min)
k solución Diluida(min-1)
0,00064 (25ºC)
0,16060 (20ºC)
0,00195 (39,5 ºC)
0,1253 (23ºC)
0,00404 (50ºC)
0,1602 (26ºC)
Tabla 2- Datos obtenidos de ANEXO I
Debido a que las constantes no estaban dadas a las temperaturas de trabajo se realizó una regresión exponencial en ambos casos para obtener la funcionalidad con la temperatura, yaque las constantes de velocidad siguen la ley de Arrhenius.


Tabla 3- Relación k vs 1/T para soluciones diluidas

Tabla 4-Relación k vs 1/T para soluciones concentradas
Con estos datos se calcularon las k a las temperaturas requeridas.


Para obtener el flujo molar de alimentación se tuvo en cuenta la producción anual de ácido acético de la empresa Atanor S.A2, que son 11000 toneladas por añoen una de sus plantas. Esta empresa es el mayor productor de Argentina. Debido a que es una gran cantidad se tomó un porcentaje de esta producción, específicamente el 5%.
Es necesario saber que el peso molecular del ácido acético es M=60,05 g/mol

De acuerdo con el balance en moles sabemos que:




Para las concentraciones iniciales se usaron los valores de las densidades a las temperaturas detrabajo3 y las relaciones molares dadas.

Donde PM=102,09 g/mol
RTAC
En este reactor el contenido está perfectamente agitado y su composición es la misma en todos los puntos del mismo. Así, la corriente de salida de este reactor tiene la misma composición que la del fluido contenido dentro del reactor.

Ecuación 3- Ecuación de diseño de RTAC
Se procedió a hacer los cálculos con los datos para...