Tarea 2 - Procesos.docx

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIA

Diseño de procesos

UNIVERSIDAD DE BOGOTÁ JORGE TADEO LOZANO Taller segundo corte – Diseño de procesos Diseño y selección de zonas de reacción y separación. Betancur Castilla, Omar Andrés1. Jácome Hormaza, Yeraldin Alejandra2. López Vera, María Fernanda3. Montoya Angulo, Javier Armando4. 1 [email protected] , [email protected] 2, [email protected] 3 , [email protected] 4

1. Perfiles de concentración de los compuestos involucrados (Acetona, Butanol y Etanol) basados en la modelización cinética y análisis de sensibilidad de los autores Shinto et al (Journal of Biotechnology 131 (2007) 45 - 56).

Figura 1. Perfiles de concentración de los compuestos involucrados en el modelo cinético.

Figura 2. Cantidad de Butanol, Acetona, Etanol y CO2 a las 5 horas.

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Figura 3. Cantidad de Butanol, Acetona, Etanol y CO2 a las 10 horas.

Figura 4. Cantidad de Butanol, Acetona, Etanol y CO2 a las 20 horas.

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Figura 5. Cantidad de Butanol, Acetona, Etanol y CO2 a las 60 horas.

2. 3. Clasificación de los sistemas ternarios (Regiones de destilación, isotermas, curvas de residuo, información azeotrópica y clasificación de nodos).

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Isotermas

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4. Diagrama T-xy para un sistema de separación binario (A y B) a diferentes presiones (P1 y P2). Esquema de separación utilizando dos torres de destilación.

A partir del diagrama de equilibrio T-xy para la mezcla binaria de A y B se planteó el siguiente sistema de separación para obtener los componentes puros.

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En primera instancia se destila la mezcla binaria en equilibrio con composición xF1 en la torre I la cual opera a una presión determinada (P1) de esta torre se obtiene el componente A puro por los fondos y por el destilado se obtiene la mezcla azeotrópica con composición xazeo2, para esta separación se planteó un fondo formulado con el fin de obtener el componente más pesado, en nuestro caso A puro. Posteriormente el destilado de la torre I se somete a un cambio de presión la cual afecta el equilibrio que existe entre las sustancias desplazando la limitante termodinámica (Azeótropo), para este caso también se planteó un fondo formulado con el fin de obtener la otra sustancia (B) pura por el fondo de la torre; el destilado de esta torre corresponde a él azeótropo con composición xazeo1 que se puede recircular al sistema con el fin de aprovechar esta corriente en el proceso, dicha corriente se mezcla con una con composición xF dando como resultado el xF1 que se alimenta a la torre I. 5. Curvas de residuos, regiones de destilación, clasificación de puntos singulares, subregiones de destilación Para ambas, separaciones indirectas y directas.

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Proponer un esquema de separación utilizando columnas de destilación y separadores de líquidos líquidos. El isopropanol y el agua deben estar completamente separados y ninguna corriente puede salir del esquema excepto productos (isopropanol y agua).

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A partir del diagrama de equilibrio ternario para la mezcla benceno, agua e isopropanol se planteó el siguiente sistema de separación de dos para obtener el agua e isopropanol puros.

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Ecuaciones 𝑟1 =

𝑉max 1 [𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚1 + [𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎]

1)

𝑟2 =

𝑉max 2 [𝐹6𝑃][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚2 + [𝐹6𝑃]

2)

𝑟3 =

𝑉max 3 [𝐺3𝑃][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚4 + [𝐺3𝑃]

3)

𝑟4 =

𝑉max 4 [𝐿𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚4 + [𝐿𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜]

4)

𝑟5 =

𝑉max 5 [𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚5 + [𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜]

5)

𝑟6 =

𝑉max 6 [𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚6 + [𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜]

6)

𝑟7 =

𝑉max 7 [𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚7 + [𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜]

7)

𝑟8 = 𝑉max 8 (

1 1 )∗( ( )[𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 8) 1 + (𝐾𝑚8𝐴 /[𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜]) 1 + (𝐾𝑚8𝐵 /[𝐴𝐴𝐶𝑜𝐴])

𝑟9 =

𝑉max 9 [𝐴𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚9 + [𝐴𝐶𝑜𝐴]

9)

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𝑟10 =

𝑉max 10 [𝐴𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 𝐾𝑚10 + [𝐴𝐶𝑜𝐴]

10)

𝑟11 =

𝑉max 11 [𝐴𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚11 + [𝐴𝐶𝑜𝐴]

11)

𝑟12 =

𝑉max 12 [𝐴𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗ [𝐵𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙] [𝐵𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙] 𝐾𝑚12 (1 + 𝐾 ) + [𝐴𝐶𝑜𝐴](1 + 𝐾 ) 𝑖𝑖12 𝑖𝑖12

𝑟13 = 𝐾𝑚13 [𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 𝑟14 =

𝑟15 = 𝑉max 15 (

𝑉max 14 [𝐴𝐴𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚14 + [𝐴𝐴𝐶𝑜𝐴]

12)

13) 14)

1 1 )∗( ( ) [𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 15) 1 + (𝐾𝑚15𝐴 /[𝐵𝑖𝑡𝑢𝑟𝑎𝑡𝑜]) 1 + (𝐾𝑚15𝐵 /[𝐴𝐴𝐶𝑜𝐴]) 𝑟16 =

𝑉max 16 [𝐴𝑐𝑒𝑡𝑜𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 𝐾𝑚16 + [𝐴𝑐𝑒𝑡𝑜𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜]

16)

𝑟17 =

𝑉max 17 [𝐵𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑡𝑜][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] ∗𝐹 𝐾𝑚17 + [𝐵𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑡𝑜]

17)

𝑟18 =

𝑉𝑚𝑎𝑥18 [𝐵𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 𝐾𝑚16 + [𝐴𝑐𝑒𝑡𝑜𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜]

18)

𝑟19 =

𝑉𝑚𝑎𝑥19 [𝐵𝐶𝑜𝐴][𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] 𝐾𝑚19 + [𝐵𝐶𝑜𝐴]

19)

𝑑[𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎] = −𝑟1 𝑑𝑡

20)

𝑑[𝐹6𝑃] = 𝑟1 − 𝑟2 𝑑𝑡

21)

𝑑[𝐺3𝑃] = 𝑟2 − 𝑟3 𝑑𝑡

22)

𝑑[𝑃𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜] = 𝑟3 + 𝑟4 − 𝑟5 − 𝑟6 𝑑𝑡

23)

𝑑[𝐿𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜] = 𝑟5 − 𝑟4 𝑑𝑡

24)

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𝑑[𝐴𝐶𝑜𝐴] = 𝑟6 + 𝑟7 + 𝑟8 − 𝑟9 − 𝑟10 − 𝑟11 − 𝑟12 𝑑𝑡

25)

𝑑[𝐵𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎] = 𝑟12 − 𝑟13 𝑑𝑡

26)

𝑑[𝐴𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜] = 𝑟9 − 𝑟7 − 𝑟8 𝑑𝑡

27)

𝑑[𝐸𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙] = 𝑟11 𝑑𝑡

28)

𝑑[𝐴𝐴𝐶𝑜𝐴] = 𝑟10 − 𝑟8 − 𝑟14 − 𝑟15 𝑑𝑡

29)

𝑑[𝐴𝑐𝑒𝑡𝑜𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜] = 𝑟8 + 𝑟15 − 𝑟16 𝑑𝑡

30)

𝑑[𝐵𝐶𝑜𝐴] = 𝑟14 + 𝑟15 + 𝑟17 − 𝑟18 − 𝑟19 𝑑𝑡

31)

𝑑[𝐵𝑢𝑡𝑖𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜] = 𝑟18 − 𝑟15 − 𝑟17 𝑑𝑡

32)

𝑑[𝐴𝑐𝑒𝑡𝑜𝑛𝑎] = 𝑟16 𝑑𝑡 𝑑[𝐶𝑂2 ] = 𝑟6 + 𝑟16 𝑑𝑡 𝑑[𝐵𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙] = 𝑟19 𝑑𝑡

33) 34) 35)