Computer-aided Chemical Engineering Curso de iniciación a la simulación de procesos químicos con COCO Simulator y ChemSep Computer-aided Chemical Engineering www.cacheme.org Alba Carrero

Esquema Primera sesión Instalación del simulador. Introducción a COCO Simulator. Consideraciones previas. Manejo básico de COCO. Destilación Flash. Temperatura de rocío y de burbuja. Mezcla binaria. Equilibrio líquido vapor. Azeótropo. Segunda sesión Estudio paramétrico. Variación de la fracción de vapor. Problemas. Revisión de conceptos. Manejo básico de ChemSep. Columna destilación binaria. Selección modelos termodinámicos Diagrama de McCabe. Perfiles de la columna.

Instalación del simulador Procedimiento de descarga: https://www.youtube.com/watch?v=Rn-cU3N-2Wo Enlace de descarga: http://www.cocosimulator.org/index_download.html

Introducción ¿Qué es COCO ? COCO Simulator es un simulador de uso libre y gratuito. Ha sido desarrollado por la empresa Amsterchem con estándares abiertos CAPE-OPEN. Incluye el simulador de procesos de separación ChemSep (destilación, extracción, absorción).

Introducción ¿Qué es COCO? Es un paquete que reúne varias aplicaciones: COFE: entorno de trabajo. TEA: entorno de trabajo/librería de propiedades termodinámicas. COUSCOUS: unidades de operación básicas. CORN: Equilibrio y reacciones.

Consideraciones previas Se deben tener en cuenta las siguientes etapas antes de empezar a realizar una simulación de un proceso: Inicio de un nuevo trabajo Selección de las unidades Creación del diagrama de flujo Selección de los componentes del sistema Selección de las propiedades termodinámicas Introducción de los datos de la corriente de alimentación Introducción de las especificaciones de las unidades de diagrama de flujo Ejecución de la simulación Revisión de los resultados

Manejo básico de COCO. Destilación Flash La alimentación se bombea a través de un cambiador de calor hasta alcanzar una temperatura determinada, se descomprime bruscamente haciéndola pasar a través de una válvula de expansión, lo que origina la vaporización parcial del líquido tras lo cual la mezcla se introduce en un recipiente de mayor volumen con el objeto de separar la fase condensada del vapor    

Destilación Flash. Trocío y Tburbuja Temperatura de burbuja: Temperatura a la que se forma la primera burbuja de gas en un material líquido. Temperatura de rocío: Temperatura a la que empieza a condensarse la primera gota de líquido contenido en el aire. Calcula de una mezcla isomolecular de benceno, tolueno y o-xileno la temperatura de burbuja y de rocío a 1 atm de presión. P = 1 atm Fracción de vapor = 0.01 P = 1 atm Fracción de vapor = 0.99

Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Calculo de los datos de equilibrio del sistema benceno – tolueno a 1 atmosfera de presión. Comprobar con datos de equilibrio experimentales http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForABenzeneTolueneMixture/

Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Sistema benceno-tolueno Comprobar con datos de equilibrio experimentales

Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Azeótropo. Un azeótropo (“mezcla azeotrópica”) es una mezcla de uno o más compuestos químicos, en los que la composición del líquido y del vapor son iguales, por lo que al no haber cambio en la misma, el punto de ebullición es constante, comportándose como una sustancia pura. Calcula de los datos de equilibrio del sistema acetona – cloroformo a 1 atmosfera de presión. Comprobar con datos de equilibrio experimentales http://www.learncheme.com http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForAnAcetoneChloroformMixture/

Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Comportamientos no lineales y aparición de azeótropos

Estudio paramétrico. Variación fracción de vapor. Se considera una mezcla compuesta por n-heptano y n-octano. El alimento contiene 50% de n-heptano a 303K. El flash trabaja a una presión constante de 1 atm. Calcula las composiciones de vapor y del líquido y la temperatura del separador para diferentes fracciones de vapor. Estudio paramétrico Fracción de vapor T (K) y n-heptano x n-heptano 0,000 382 0,500 0,100 383 0,662 0,482 0,200 384 0,645 0,464 0,300 0,628 0,445 0,400 385 0,610 0,427 0,591 0,409 0,600 386 0,573 0,391 0,700 0,554 0,374 0,800 387 0,536 0,357 0,900 0,518 0,341 1,000 388 http://www.learncheme.com http://demonstrations.wolfram.com/FlashVaporizationOfAHeptaneOctaneMixture/

Problemas destilación Flash Composición del líquido en equilibrio a 1.5 atm con un vapor con la siguiente composición en moles: 48.9% de benceno, 32.1% de ciclohexano y 19% de acetato de etilo. T (ºC) 89.5 Composiciones Benceno 0.489 0.545 Ciclohexano 0.321 0.301 Acetato de etilo 0.190 0.154 En el esquema que sigue, 150 kmol/h de un líquido saturado, L1 a 758 kPa y cuya composición molar es : propano 10%, n-butano 40% y n-pentano 50%, entra en el ebullidor procedente de la etapa 1. ¿Cuáles son las composiciones y cantidades de VB y B?. B = 50 kmol/h

Aplicaciones de la destilación Aislar componentes de materias primas como los diferentes componentes del crudo del petróleo. Concentrar compuestos en disolución como el ácido nítrico. Purificar compuestos de reacción. Separar los materiales de la pirólisis. Eliminar el disolvente de la extracción para poder reutilizarlo.

Manejo básico de ChemSep. Destilación binaria. Realiza la simulación de una columna de destilación con una corriente de alimento de 1kg/s formada por una mezcla equimolecular de benceno y tolueno siendo 2 su razón de reflujo e igual caudal de residuo y destilado.

Selección modelo termodinámico Compuestos NO polares HIDROCARBUROS Peng – Robinson (Todo P y T) SRK (P y T no criogénicas) Diferencia entre simuladores  Banco de datos Comparación del modelo termodinámico seleccionado con datos experimentales Compuestos orgánicos polares Con gases ligeros PSRK Sin gases ligeros No parámetros de interacción binaria UNIFAC Si parámetros de interacción binaria ELV – Wilson, NRTL y UNIQUAC ELL, ELLV, ELV – NRTL y UNIQUAC

Diagrama de McCabe http://www.learncheme.com/simulations/separations http://demonstrations.wolfram.com/McCabeThieleGraphicalMethod/

Diagrama de McCabe

Perfiles de la columna

Muchas gracias por su atención www.cacheme.org @CAChemEorg CAChemEorg CAChemE info@cacheme.org mail 21