Cloruro de Vinilo

Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS

AO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICA: Simulacin y Optimizacin de Procesos : Ejercicios de Paquetes de Fluidos : Ing. JIMENEZ ESCOBEDO, Manuel Jos :X : GOMEZ LA ROSA, Karolina JAMANCA ANTONIO, Edgar Martin SILVESTRE QUISPE, Christian Jess

ASIGNATURA TEMA DOCENTE CICLO ALUMNOS

Huacho Per

Ing. Manuel Jos Jimnez Escobedo


Caso II1. Determinar qu Paquete de Fluidos permite calcular las temperaturas de ebullicin del etileno, cloro, cloruro de vinilo y cloruro de hidrgeno con la menor desviacin respecto a los datos experimentales a 1 atm. Hacer un anlisis comparativo. 2. Comprobar que: El etileno es gas y el cloro es lquido en las condiciones de almacenamiento del proceso. El dicloroetano es lquido a la presin y temperatura a que opera el reactor de cloracin directa. La temperatura del punto de burbuja de la mezcla lquida que se alimenta a la primera columna de rectificacin es 6 C a la presin de 12 atm. La temperatura de roco de la corriente que sale del horno de pirolisis a 26 atm es 170 C. La mezcla lquida contenida en el caldern de la primera columna de rectificacin hierve a 93 C para la presin de operacin de la columna (12 atm). El cloruro de vinilo hierve a 33 C a la presin de 4,8 atm. 3. Obtener los diagramas isobricos de equilibrio temperatura-composicin y composicin para la mezcla cloruro de vinilo/dicloroetano que se destila en la segunda columna del proceso de obtencin de cloruro de vinilo.

SOLUCIN PROCESO DE CLORURO DE VINILO



Paso I: Iniciando HYSYSEjecutamos el programa de simulacin de hysys 3.2, en la cual nos abrir la siguiente ventana, la cual muestra distintas opciones ejecutables para poder establecer un programa de simulacin, en la primera pestaa que indica components que se encuentra de negrita en la imagen; se adicionara los componentes que se va a simular en este caso los componentes de la primera parte para calcular el punto de ebullicin y comprarlos los datos obtenidos con datos dados.

Ingreso de los componentes de la simulacin en HYSYS 3.2

Paso II: Introduciendo los compuestos (etileno, cloro, cloruro de vinilo y HCl)En la ventana aparece una lista de componentes de las cuales uno debe ingresar los nombres o frmula para que lo ubique y despus de haber encontrado aadirla en el comando Add pure y luiego aparecer una lista de los componentes seleccionados; en este cado seleccionamos los componentes que intervienen en el problema caso; y despus la ventana que se muestra a continuacin indica la manera en la cual se puede ingresar a la base datos del simulador, en esta paso se puede apreciar la cantidad de sustancias que cuenta dentro de su base de datos del simulador, as como los distintos paquetes de fluido o Fluid Pckgs


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS Lista o base de datos de los componentes que se encuentran dentro del simulador En el paquete de fluido se selecciona el modelo termodinmico en la cual se desea trabajar, la seleccin del modelo permitir la presin al calcular los datos o el proceso y evitar errores. Para ello trabajamos con la Ecuaciones de estado (EOS) donde se encuentra modelos de coeficiente de actividad, especiales como son las correlaciones tericas o empricas. Los modelos EOS pueden representar fases liquidas y vapor, mientras que los modelos gamma representan solamente la fase liquida del sistema. Por esta razn, se utilizan junto con una ecuacin de estado para representar el vapor. En la siguiente ventana se muestra los EOS que cuenta el simulador, simularemos con algunos modelos EOS para visualizar cual es el ms adecuado que nos resulta menos errores.

Paso III: Entrando al ambiente de simulacinYa que se tiene la informacin necesaria iniciar la simulacin; pasamos a desarrollar la simulacin. Pero para ello debe de haberse cargado todos los datos necesarios en el simulador ya que si falta algn dato se mostrara una ventana de advertencia. Si todo esta correcto se pasa a escoger la opdion Enter Simulation Environment la cual nos dar la imagen en donde se va a simular.



Panel donde se simulara el proceso

Paso IV: Clculos del caso Pregunta 1ETILENO

Ingresamos la corriente que vamos a calcular el punto de ebullicin, para es necesario ingresar los datos necesarios para que a partir de ello nos calcule el punto de ebullicin del componentes, para todos se trabajo a 1 atm de presin. Debemos tener criterio al ingresar los datos.

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullicin para el etileno que es 104.1 C (EOS Peng - Robinson)


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOSCLORO

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullicin para el cloro que es -84 C (EOS Peng - Robinson)

CLORURO DE VINILO

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullicin para el cloruro de vinilo que es -15.57 C (EOS Peng - Robinson)


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOSACIDO CLORHDRICO

En esta ventana nos muestra la temperatura del punto de ebullicin para el HCL que es 3.45 C (EOS Peng - Robinson) ANALISIS Despus de haber simulado con las diferentes EOS que contiene el paquete de fluido, mostraremos una tabla en la cual muestre la temperatura real del fluido (obtenida de Manual del Ingeniero Qumico Perry).Compuesto C2H4 Temperatura de ebull. (C) BWRS KabadiDanner Lee KeslerPlocker Peng Robinson PR Twu PRSV Sour PR Sour SRK SRK SRK Twu TwuSimTassone ZudketvichJoffee -103.9 -103.86 -103.6 -104.08 -104.08 -103.80 -103.66 -104.08 -103.68 -103.68 -103.77 -103.81 -103.84 -0.03 -0.21 0.18 0.18 -0.09 -0.23 0.18 -0.21 -0.21 -0.12 -0.08 -0.05 Diferencia(TE-EOS) (C)


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOSCompuesto Cl2 Temperatura de ebull. (C) BWRS KabadiDanner Lee KeslerPlocker Peng Robinson PR Twu PRSV Sour PR Sour SRK SRK SRK Twu TwuSimTassone ZudketvichJoffee -34.6 -34.09 -32.72 -33.26 -33.45 -34.14 -33.14 -33.45 -32.72 -32.72 -34.02 -34.19 -34.00 -0.50 -1.87 -1.33 -1.14 -0.45 -1.45 -1.14 -1.87 -1.87 -0.57 -0.40 -0.59 Diferencia(TE-EOS) (C)

Compuesto Cloruro de vinilo Temperatura de ebull. (C) BWRS KabadiDanner Lee KeslerPlocker Peng Robinson PR Twu PRSV Sour PR Sour SRK SRK SRK Twu TwuSimTassone ZudketvichJoffee -13.8 -17.20 -15.09 -16.83 -15.57 -13.52 -14.02 -15.57 -15.09 -15.09 -13.72 -13.31 -13.78 3.40 1.29 3.03 1.77 -0.27 0.22 1.77 1.29 1.29 -0.07 -0.48 -0.01 Diferencia(TE-EOS) (C)


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOSCompuesto HCl Temperatura de ebull. (C) BWRS KabadiDanner Lee KeslerPlocker Peng Robinson PR Twu PRSV Sour PR Sour SRK SRK SRK Twu TwuSimTassone ZudketvichJoffee -85 -86.19 -83.86 -85.85 -84.33 -84.90 -84.77 -84.33 -83.86 -83.86 -84.86 -84.92 -85.05 1.19 -1.13 0.85 -0.66 -0.09 -0.22 -0.66 -1.13 -1.13 -0.13 -0.07 0.05 Diferencia(TE-EOS) (C)

Como podemos diferenciar en las tablas vemos de todas ecuaciones de estado de ZudketvichJoffee, tiene menos diferencia o error con la temperatura de ebullicin.

PREGUNTA 2Comprobar que el:

a) El etileno es gas y el cloro es lquido en las condiciones de almacenamiento del proceso.Evaluaremos la condicin de almacenamiento a 2 atm de presin y 25C. Para el etileno:

Debemos tener en cuenta que debemos ingresar las condiciones de entrada en este caso que son la presin y temperatura y nos indica que el etileno a estas condiciones es


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS gas(EOS ZudketvichJoffee); y en la parte Liq Vol Flow indica que no existe liquido y esta totalmente en estado vapor. Para el cloro: Para el cloro utilizamos:

Debemos tener en cuenta que debemos ingresar las condiciones de entrada en este caso que son la presin y temperatura y nos indica que el etileno a estas condiciones es gas(EOS ZudketvichJoffee); y en la parte Liq Vol Flow indica que hay 4.961 m3/h, quiere decir que se encuentra una cantidad de liquido asociado al cloro, pero todo no es liquido porque se encuentra una cantidad de vapor en su composicin segn se muestra la tabla anterior. b) El diclorometano es lquido a la presin y temperatura a que opera el reactor de cloracin directa. La reaccin que ocurre es de cloracin directa:

Para la reaccin se necesita un reactor donde ocurrir la reaccin mencionada:


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS En esta parte se ingresaron los componentes y adems como ocurre una reaccin debemos especificarla ingresando los coeficientes para determinar los reactantes y productos y no ocurra un problema durante la simulacin.

Esquema donde se muestra el proceso de la reaccin:



Para comprobar que el diclormetano es liquido.



Buscando la opcin de balances de materiales, nos mostrara la tabla con las composiciones en cada corriente. Como podemos apreciar, las corrientes que entran al reactor es netamente puro en el sistema para ambos casos.

c) La temperatura del punto de burbuja de la mezcla lquida que se alimenta a la primera columna de rectificacin es 6 C a la presin de 12 atm. Nos precisa que la mezcla que ingresa a la columna de rectificacin es la mezcla que sale del horno de pirolisis, donde se lleva a cabo la siguiente reaccin Tomando como base 1.00 mol para el clculo en la simulacin 0.14 de dicloroetano (C2H4Cl) 0.43 de cloruro de vinilo(C2H3Cl) 0.43 de cido clorhdrico (HCl) Con esa composicin dentro de la reaccin y a una presin de 12 atm, simularemos el punto de roci con el hysys 3.2. Ingresando los datos que intervienen en la simulacin:



Como ocurre una reaccin debemos especificar en el simulados basis Manager, debemos especificar los coeficientes para detallar cual son los reactantes y el producto:

Ahora ingresamos los moles de fraccin de la mezcla como especificamos anteriormente:



El punto rocio calculado el 6.038 a la presin de 12 atm


Universidad Nacional Jos Faustino Snchez CarrinFacultad de Ing. QMyA Escuela Profesional de Ingeniera QumicaSIMULACIN Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS d) La temperatura del punto de roco de la corriente que sale del horno de pirlisis a 26 atm es 170C. Ingresamos los compuestos que intervienen en el proceso global:

Luego generamos paquetes de fluidos de Peng Robnson, NRTL PR, PRSV y SRK:



Luego agregamos una corriente pulsando F11 e ingresamos las composiciones que segn la literatura son las siguientes que salen del horno de pirolisis:

Luego escogemos el paquete de fluido e ingresamos la Fraccin de Vapor de 1 y la presin que es de 26 atm y se genera el punto de roci como se muestra a continuacin:



Luego con ayuda del Workbook creamos ms corrientes que se someten a diferentes paquetes de fluidos mostrando los resultados de punto de roco:

e)

La mezcla lquida contenida en el caldern de la primera columna de rectificacin hierve a 93C para la presin de operacin de la columna (12 atm). Para este caso vamos a compara modelos termodinmicos y determinar cual presenta mayor precisin con respecto a la temperatura de ebullicin. A partir de datos ingresados anteriormente, generamos una corriente pulsando F11 y lo primero es ingresar la composicin que en este caso es de 0.3998 para el dicloroetano y 0.6002 para el cloruro de vinilo, que se encontr en la literatura:



Con ayuda del Workbook creamos 3 corrientes ms e ingresamos los datos de Fraccin de Vapor de 1 y Presin de 12 atm y un paquete de fluidos distintos para cada corriente, y nos muestra a continuacin los distintos resultados de temperatura de ebullicin:

f)

El cloruro de vinilo hierve a 33 C a la presin de 4,8 atm. A partir de datos ingresados anteriormente creamos una corriente denominada Cloruro de Vinilo e ingresamos la composicin que en este caso es un corriente pura:



Luego escogemos el paquete de fluidos de Peng Robinson, e ingresamos el valor de la Fraccin de Vapor igual a 1 y la presin de 4.8 atm y no generara la temperatura de ebullicin como se muestra a continuacin:



PREGUNTA 3Obtener los diagramas isobricos de equilibrio temperatura-composicin y composicin para la mezcla cloruro de vinilo/dicloroetano que se destila en la segunda columna del proceso de obtencin de cloruro de vinilo. Para ello debemos de haber incluido la extensin Equilibrium Plots, para realizar una grafica se pulsa F12, se abrir una caja de dialogo donde se selecciona la categora Extensions y se agrega la opcin Equilibrium Plots:

A partir de compuestos anteriormente ingresados y paquete de fluidos de Peng Robinson, que es el modelos ms recomendados para estas sustancias, procedemos a ingresar los compuestos que en este caso se va a analizar el equilibrio de composicin del cloruro de vinilo/dicloroetano, se ingresa la presin que es de 4.8 atm y se hace click en Plot, a continuacin se muestran los siguientes resultados:



De manera anloga se cambia en la lista denominada Plot Data, y se selecciona TXY Plot, se ingresa la presin 4.8 atm y se procede a hacer click en Plot, mostrndose los siguientes resultados:

CONCLUSIONES Es muy importante tener en cuenta las ventajas que nos dan los modelos termodinmico, pero tambin debemos tener muy presente sus limitaciones y ver hasta qu punto es fiable contar con tales datos o paquetes de fluidos. El modelo termodinmico que mejor predice las temperaturas de ebullicin de los compuestos que se manifiestan en el proceso de produccin de cloruro de vinilo es el mtodo de ZudketvichJoffee. De los modelos termodinmicos Peng Robnson, NRTL PR, PRSV y SRK, el ms exacto en hallar los puntos de ebullicin de las especies en mezcla es el de NRTL PR. Es de mucha utilidad el uso del complemente Equillibrium Plots, con el cual se generan las curvas de composicin y temperatura - composicin requeridas en el ejercicio 3, de manera simple y rpida, segn el modelo termodinmico o mezcla de modelos que se desee usar, pero con criterio.


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