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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
“Un Ingeniero Químico, una Empresa“
ASIGNATURA : ANALISIS YSIMULACION DE PROCESOS
CATEDRÁTICO: INGENIERO GUEVARA YANQUI PASCUAL
INTEGRANTE : ANCHIRAICO ORIHUELA, Jose Luis
MATA CORDOVA DAYSY
MIGUEL VASQUEZ SANDRA
SEMESTRE: IX
SECCIÓN : A
HUANCAYO-PERÚ
2010
INTRODUCCIÓN
SIMULACION POR CHEMCAD Y ASPEN PLUS PARA LA RECUPERACION DE ETHANOL, Y ALCHOLES PESADOS A PARTIR DE ACEITES DE FUSSEL
Durante El desarrollo de las fermentaciones alcohólicas además de la
producción de etanol siempre se genera una pequeña fracción de otros
componentes que forman una mezcla compleja constituida principalmente por
alcoholes superiores y en mucho menor medida por ácidos y esteres derivados
de los alcoholes más abundantes y cuya importancia radica en el desarrollo del
flavor.
Estos productos o constituyentes menores del “beer” o solución acuosa
obtenida del fermentador se presentan en proporciones muy variables y
dependientes de factores tales como la naturaleza y composición del material
crudo utilizado para la fermentación (granos, molasas, etc.), las condiciones en
los que ésta se ha desarrollado, (aireación, agitación, etc.) y el tipo de
microorganismo actuante.
Entre los diferentes productos formados debe destacarse el glicerol que puede
alcanzar valores promedio de 1.0 % p/v en las diferentes fermentaciones
alcohólicas. Aún cuando se puede eliminar fácilmente en el residuo acuoso en
la primera etapa de concentra, su concentración es no deseable porque
disminuye la producción total de etanol.
Junto a una fracción de etanol los restantes alcoholes superiores generados,
que presentan una variación cualitativa y cuantitativa muy amplia, conforman lo
que habitualmente se conoce como aceites de Fusel y están constituidos
principalmente por n-propanol, butanol, alcohol isoamílico y otros en proporción
más reducida.
Se ha reportado niveles de aceites de Fusel de hasta 0.12% p/p del sustrato
inicial en fermentaciones normales de maíz y, pese a que presentan alguna
dificultad para su eliminación, igual deben extraerse dado que aún en
pequeñas proporciones poseen una toxicidad importante y degradan la calidad
de etanol o “neutral spirits” empleado en la elaboración de bebidas alcohólicas.
Esto se realiza en la etapa de rectificación.
Su aprovechamiento tiene verdadera importancia en países con volúmenes de
producción de etanol elevados.
A los fines de evaluar el potencial económico que plantea el tema en cuestión,
se cita una producción mundial de alcohol etílico o etanol de 31.2 billones de
litros de los cuales el 93% es obtenido por fermentación.
OBJETIVOS
Analizar por simulación el proceso de recuperación de distintos alcoholes,
etanol, n-propanol e isoamílico (3 metil 1 butanol), a partir de los
denominados aceites de Fusel evaluando alternativas de separación
mediante el empleo de destilación continua y batch respectivamente.
Definir y compara sus condiciones operativas para realizar una separación
primaria de los respectivos alcoholes.
METODOLOGÍA
El trabajo se ha desarrollado a partir de la hipótesis de acumulación para su
tratamiento posterior de alcoholes que se obtienen como corriente secundaria
de un rectificador que opera en forma continua en una destilería a partir de un
“beer” producido por fermentación.
El etanol y el n-propanol presentan solubilidad total en agua en tanto que las
correspondientes a los alcoholes C4 y superiores disminuyen significativamente
al aumentar su peso molecular, sin embargo, la presencia del etanol y el n-
propanol conforman un solución alcohólica que permite una solubilidad total del
resto de los componentes de la fracción a procesar.
En razón de esto, durante la operación de algunos rectificadores continuos, la
corriente secundaria se separa a un tanque e inmediatamente se diluye
drásticamente por agregado de agua para generar una fase con los inmiscibles.
Sin embargo esto diluye casi completamente la fracción de los que presentan
solubilidad total y su recuperación implica luego una mayor demanda
energética.
MARCO TEORICO
DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE
NUMERO MINIMO DE ETAPAS:
Ecuación de FENSKE:
Nm=
log [( xLKxHK )D( xHKxLK )
B❑]
log (∝LK 7HK )avg
Donde:
Nm: Numero mínimo de etapas incluyendo el hervidor
(∝LK 7HK )avg : Volatilidad relativa del componente clave ligero con respecto al
componente clave pesado. Promedio geométrico.
Sub indices:
LK : Ligth key
HK : Heavy key
D: Destilado
B: Fondo
∝i=k ik1+ k
; k i=y ix i
Si hay una diferencia en las volatilidades relativas en el tope y en el fondo de la
columna, un mejor estimado del número de etapas puede hacerse calculando
el número de etapas en la sección de rectificación y agotamiento
separadamente.
RELACION DE REFLUJO MINIMO (Rm)
ECUACIÓN DE UNDERWOOD:
∑ ∝ir . x iD∝ir−θ
=Rm+1
Donde:
∝ir : Volatilidad del componente “i” con respecto algún componente de
referencia, usualmente el “HK “ (componente clave pesado).
θ : Raíz de la siguiente ecuación
∑ ∝ir . x iF∝ir−θ
=1−q
Donde:
q : Condición de alimentación
xLK>θ>xHK
UBICACIÓN DEL PUNTO DE ALIMENTACION
ECUACIÓN DE KIRKBRIDE:
[ N rN s]=[( BD )( xHKx LK )( xLK , BxHK ,B )
2]0.206
Donde:
N r : numero de etapas sobre la alimentación incluyendo cualquier condensador
parcial
N s: numero de etapas debajo de la alimentación incluyendo cualquier el
rehervidor o reboiler.
DESTILACIÓN DIFERENCIAL 0 SENCILLA
Si durante un número infinito de evaporaciones instantáneas sucesivas de un
líquido, solo se evaporase instantáneamente una porción infinitesimal del
líquido cada vez, el resultado neto sería equivalente a una destilación
diferencial o sencilla.
Mezclas binarias
El vapor que se desprende en una destilaci6n diferencial verdadera esta en
cualquier momento en equilibrio con el líquido del cual se forma, pero cambia
continuamente de composici6n.
Por lo tanto, la aproximaci6n matemática debe ser diferencial. Supóngase que
en cualquier momento durante el desarrollo de la destilación hay L moles de
líquido en el destilador con una composición x fracción mol de A y que se
evapora una cantidad dD moles del destilado, de composición y* fracción mol
en equilibrio con el líquido. Entonces, se tiene el siguiente balance de materia:
Las dos últimas ecuaciones/ se vuelven:
y∗dL=Ldx+xdL
∫W
FdLL
=lnFW
=∫xw
x fdxy∗−x
Donde:
F: son los moles cargados de composición
xF : y W los moles de líquido residual de composici6n xw.
Esta ecuación se conoce como la ecuación de Rayleigh,
La composición compuesta del destilado,yD puede determinarsemediante un
sencillo balance de materia:
F x f=D yD ,av+W xW
Donde:
F: Son los moles de vapor alimentado de composición y F
D: El residuode vapor de composición yD.
Volatilidad relativa constante
Describe la relaci6n en el equilibrio a presión constante mediante el uso de
alguna volatilidad relativa promedio, sobre el rango considerado de
concentración.
lnFW
= 1∝−1
lnx f (1−xW )xW (1−x f )
+ ln1−xW1−x f
Y se puede evitar la integración gráfica. Esto se arregla de forma útil.
logF x fW xW
=∝logF (1−x f )W ¿¿
La cual relaciona en número de moles de A que quedan en el residuo w. xW ,
con las moles que quedan de B, W (1−xW ). Es más probable que estas
expresiones sean válidas para mezclas ideales, para las cuales ∝ es casi
constante.
PROCEDIMIENTO PARA SIMULAR EN EL PROGRAMA CHEMCAD
COLUMANA DE DESTILACION BATCH
1. Abrir el programa chemcad.
2. En los iconos que se muestran en la pantalla de chemcad (equipos)
escoger el equipo a utilizar (colum batch), hacer un click en el equipo y
luego otro click en la pantalla.
3. Insertar las flechas que son los flujos de salida o productos que están de
color morado, luego click en stream para unir los flujos con la columna.
4. Doble click en la columna; aparecerá la ventana que se muestra a
continuación, especificar los datos a alimentar en la columna, tales como
la alimentación de los componentes, temperatura, etc. Y click en ok.
Cuando se hace click en ok aparece la siguiente ventana.se debe especificar
el número de etapas, el número de operaciones por etapa, la presión en el
condensador y el método de simulación.
Cuando se halla hecho ello click en ok , aparecerá la siguiente ventana,
especificar datos
5. Click en ok, aparecerá la siguiente ventana, especificar los datos
6. Para visualizar resultados click en la corriente de salida. Aparecerá la
siguiente ventana.
PROCEDIMIENTO PARA SIMULAR EN ASPEN PLUS. COLUMNA DE
DESTILACION CONTINUA
Flujo de alimentación
Component
es
Flujo
(kmol/
h)
Agua 52.8
Etanol 37.2
n-propanol 7.2
n-butanol 3.9
Alcohol
isoamilico
13.8
furfural 1.5
1. Click en el programa aspen plus.
2. En la parte inferior de la ventana hacer click en colums, escoger el
tipo de destilador a usar. Para nuestro caso DSTWU en el destilador
icon 1.
3. Click en material streams y ubicar las corrientes de alimentación y
producto en la columna.
4. Doble click en la columna de destilación. Y en la ventana que
aparece especificar los datos de alimentación y de la columna.
5. Hacer click en setup luego click en global, especificar el titulo del
flowsheet, luego rellenar el accounting.
6. Click en components (especifications), especificar los componentes
de alimentación.
7. Click en properties y especificar el método (UNIFAC).
8. Click en streams y especificar las condiciones del flujo de
alimentación y las respectivas cantidades de los componentes.
9. Click en bloks y especificar el reflujo, componente clave ligero,
componente clave pesado, y sus respectivas concentraciones en el
destilado. Especificar las presiones del condensador y rehervidor.
10.Simular el programa haciendo click en el icono next (N→).
11.Para poder visualizar los resultados de la simulación, hacer doble
click en cualquiera de las dos columnas y hacer click en current view,
elegir results.
CONCLUSIONES
Se analizó mediante los programas chemcad y aspen plus. Para
destilación continua se utilizó aspen plus, el cual nos dio los datos para
estimar los costos de la columna (no necesario en este trabajo). Para la
destilación batch se utilizó chemcad, el cual dio como resultado las
corrientes de flujo del destilado.
En ambos programas se trabajó a la presión atmosférica, no se logró
una comparación debido a que los resultados finales en ambos equipos
tuvieron finalidades diferentes; en la columna de destilación continua, la
finalidad fue hallar el número de etapas y el calor necesario utilizado en
el reboiler y el condensador. En el destilador batch la finalidad fue los
flujos de salida.
Bibliografía
1. Davidson, J. F. y D. Harrison, eds.: Fluidization; Academic Press; Nueva
York, 1971.
2. Treyball, R. operaciones de transferencia de masa. Editorial Macc Graw;
tercera edición; 1996
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