RECUPERACION DE ACETONA DESDE UNA CORRIENTE DE AIRE

Introduccin.La destilacin es la operacin de separar, mediante vaporizacin y condensacin en los diferentes componentes lquidos, slidos disueltos en lquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullicin de cada una de las sustancias ya que el punto de ebullicin es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no vara en funcin de la masa o el volumen, aunque s en funcin de la presin.ObjetivosRealizar la destilacin de la acetona mediante una torre de destilacin utilizando el simulador de procesos HYSYS.Marco tericoAcetonaLa acetona o propanona es un compuesto qumico de frmula qumica CH3(CO)CH3 del grupo de las cetonas que se encuentra naturalmente en el medio ambiente. A temperatura ambiente se presenta como un lquido incoloro de olor caracterstico. Se evapora fcilmente, es inflamable y es soluble en agua. La acetona sintetizada se usa en la fabricacin de plsticos, fibras, medicamentos y otros productos qumicos, as como disolvente de otras sustancias qumicas.Estado de agregacinLiquido

AparienciaIncoloro

Densidad790 kg/m3; 0,79 g/cm3

Masa molar58 g/mol

Punto de fusin178,2 K (-95 C)

Punto de ebullicin329,4 K (56 C)

Viscosidad0,32 cP a 20 C (293 K)

Nombre del compuesto Frmula p.e. (C)

Acetona CH3-CO-CH3 56

AguaH2O100

Para poder separar una mezcla de compuestos por destilacin, es imprescindible que haya una diferencia considerable entre sus puntos de ebullicin (unos 80C). Sin embargo las mezclas se separan mejor, incluso con menores diferencias de temperaturas, utilizando la destilacin fraccionada. Es sta una tcnica que nos permite hacer una serie de pequeas separaciones mediante una operacin sencilla y continua. Se utiliza para ello una columna de destilacin fraccionada que proporciona una gran superficie para el intercambio de calor entre el vapor ascendente y el condensado descendente. Esto posibilita una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales a lo largo de la columna.La destilacin fraccionada es la operacin de separar, mediante vaporizacin y recondensacin, los diferentes componentes lquidos de puntos de ebullicin relativamente cercanos, aprovechando las sucesivas condensaciones y evaporaciones que tienen lugar en la columna. Estas sucesivas condensaciones y evaporaciones enriquecen la muestra como si realizramos la misma destilacin varias veces de forma consecutiva, por tanto, al llegar el vapor al refrigerante solo estar compuesto por el lquido ms voltil.

Metodologa:Suponemos que como parte de un diseo de un problema de diseo hay una corriente que contiene 10.3 mol/h de Acetona y 687 mol/h Aire que es estn siendo alimentado a un sistema de antorcha (para evitar la contaminacin del aire)

Desarrollo1.- Abrir un nuevo caso (File -> new case)2.- Agregar los componentes Agua (Water), Aire(Air) y Acetona (acetone)3.- En la pestaa Fluid Pkgs, elegir Wilson, y Entramos a la simulacin (Enter simulation enviroment).

4. Vamos a recuperar la Acetona del Aire con la herramienta Balance (Balance) que nos ofrece HYSYS. Agregamos 4 corrientes, Solvente Agua, Acetona/Aire, Fondos y Aire. Especificamos cada corriente: .Tomando como condiciones de entrada de las corrientes 1 atm, T ambiente (25C)Acetona Aire:10.3 mol/h Acetona687mol/h AireXaire=687/(10.3+687)Xaire=0.98523Xacetona=10.3/(10.3+687)Xacetona=0.01477

Solvente Agua:Para el sistema Acetona-Agua a 25 C y 1 atm, =6.7 y P=229/760m==m=2.02L=1.4mGG: Flujo de aireL=1.4(2.02)(687)L=1943mol/h Flujo mnimo de aguaL=1.943 kmol/hPero si utilizamos este flujo no va a absorber toda la Acetona del Aire, por ende aumentamos el flujo a 6 kmol/h.

AireEn esta corrienteT=25CP=1 atm (101.3kPa)Composicin:Xaire=1 Xagua=0Xacetona=0FondosEsta corriente no la especificamos puesto que la va a calcular HYSYS.

5. Configuramos la Herramienta Balance (Absorbedor)

6. Ahora agregamos la herramienta (Adjust)La configuramos

De esta manera nos calcula la corriente Fondos:

7- Una vez que terminamos con el Absorbedor, agregamos 2 corrientes (Flecha de color azul), un intercambiador (Heat Exchanger) y una columna de destilacin (Distillation column). Podemos llamar a las corrientes Alimentacin, Destilado y Residuo, respectivamente. Esta alimentacin va a ser la corriente Fondos que sale del Absorbedor.

6.- Despus damos doble click en el intercambiador y introducimos que en Tube Side Inle pasara la alimentacin y por Shell Side Inlet el Residuo, la salida ser Alimentacin caliente y residuo frio respectivamente, de ah damos click en parameters y en Heat Exchanger Model le cambiamos a Exchanger Desing (weigthed).

Aclaracin: Esto con el fin de hacer una precalentamiento de la corriente de la alimentacin gracias al exceso de energa de la corriente de Residuo que deja la destilacin y as podemos aprovechar este poder calorfico y hacer ms eficiente el proceso y disminuir costos.

7. De ah nos vamos a la Columna de destilacin (Distillation column) y de alimentacin ponemos la alimentacin caliente, en el Condenser Energy Stream le escribimos agua de enfriamiento, le ponemos que es un condensador total, en Ovhd liquid Outlet seleccionamos Destilado en el Roboiler Energy Stream escribimos Vapor vivo(R1) y el Bottoms liquid Outlet seleccionamos Residuo, y le damos next.

En la siguiente pantalla se le colocaran las presiones del condensador (Pressure Condenser) y del calentador (Pressure Reboiler) las cuales llevaran los valores de (1.33 kPa y 101.3 kPa) ambas, le damos next y en la siguiente pantalla no lleva nada le damos next y llegamos a la pantalla donde dice liquid rate ah le ponemos los 6.01 kmol/h de la alimentacin multiplicado por los 0.017 de alimentacin de acetona dando un total de 0.010217 kmol/h y en Reflux Ratio les escribimos los 36Otro factor importante que modifica las condiciones de operacin de la torre es la razn de reflujo alimentado a la torre,

ya que un valor muy alto hace que el nmero de platos necesarios para la operacin disminuye, aunque el dimetro de la misma aumenta; por lo tanto, para encontrar el arreglo ptimo de la torre se debe buscar la menor cantidad de platos y de reflujo al costo mnimo.Por ultimo click en Run.

Por ultimo queda asi el proceso:

Porcentaje de recuperacion de Acetona del 98.75%Flujo salida Acetona= 1.22e-2 kmol/h Xacetona=0.9875PM=58kg/kmol AcetonaCosto de la Acetona= $1.2/kgP=($1.2/kg)(1.22e-2kmol/h)(0.9875)(58kg/kmol)(8159h/ao)P=$6920.58/aoConclusiones:

1. En conclusin podemos afirmar que el simulador HYSYS es un simulador confiable ya que los resultados de la destilacin se obtuvieron en una alta concentracin de Acetona, y el residuo que se obtuvo luego de la simulacin es con una baja concentracin del mismo como podemos apreciar en los resultados.2. El proceso es eficiente ya que hay baja perdida energtica, se recircula para hacer un precalentamiento de la alimentacin que le entra a la torre de destilacin.

3. El agua no se pierde puesto que se recircula al Absorbedor.4. Econmicamente no es viable el proceso puesto que solo se ganan $6920.58/ao y el costo de instalcion de los equipos es mayor5. Ambientalmente seria efectivo para eliminar residuos al ambiente.

BibliografaCurso Electivo: Simulacin de procesos en Aspen HYSYSConceptual Design of Chemical Processes (By James M. Douglas)

RECUPERACION DE ACETONA DESDE UNA CORRIENTE DE AIRE

LUIS DANIEL RODRIGUEZ MESAYILBER ALEXANDER PARRALES RAMIREZJHAIR ENRIQUE GODOY CHIVATA

UNIVERSIDAD INSDUSTRIAL DE SANTANDERINGENIERIA QUMICA 2014