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INSTITUTO TECNOLGICO DE DURANGODEPARTAMENTO DE INGENIERAS QUMICA
Y BIOQUMICA
SEMESTRE ENERO-JUNIO 2006
Diseo de Procesos 2 (8X) Examen CHEMCADTitular: Dr. Carlos
Francisco Cruz Fierro
Nombre: ______________________________________
Control:__________
INDICACIONES
Para el proceso descrito a continuacin, preparar un diagrama de
flujo preliminar usandoCHEMCAD. Donde sea necesario, asumir cadas
de presin razonables. En base a lasimulacin, completar la
informacin pedida al final del examen. Se entregar el examen ycopia
de los archivos producidos con CHEMCAD.
INFORMACIN GENERAL
El proceso ms empleado actualmente para la produccin de acetona
es como sub-producto de laproduccin de fenol, donde el benceno es
alquilado a cumeno, que es oxidado a hidroperxido de cumeno,y
finalmente descompuesto para dar fenol y acetona. Sin embargo, el
proceso presentado aqu usaalcohol isoproplico (AIP) como materia
prima. sta es una alternativa comercialmente viable y
algunasplantas continan produciendo acetona de este modo. La
principal ventaja de este proceso es que laacetona producida es
libre de trazas de compuestos aromticos, en particular benceno. Por
esta razn, laacetona producida a partir de alcohol isoproplico
puede ser preferida por la industria farmacutica debidoa las
fuertes restricciones impuestas sobre el uso de solventes. La
reaccin para producir acetona a partirde alcohol isoproplico
es:
( ) ( )3 3 22 2
CH CHOH CH CO H +Alcohol isoproplico Acetona
DESCRIPCIN DEL PROCESO
Una mezcla de alcohol isoproplico y agua (88% en peso de AIP, a
25C y 1.01 bar, flujo total de52 kmol/h) se mezcla con el alcohol
isoproplico recirculado. La corriente resultante se bombea a 2.3
bary se vaporiza antes de entrar al reactor, que opera
isotrmicamente a 350C y 2 bar. La corriente desalida del reactor,
conteniendo acetona, hidrgeno, agua y AIP se enfra a 20C antes de
entrar a un flashadiabtico para separar el hidrgeno formado, que se
descarta.
El producto de fondo del flash se hace entrar a una columna de
destilacin operando a 1.5 bar ycon reflujo 1.05 veces el reflujo
mnimo, donde se recupera el 99% de la acetona en el producto
destiladoy el 99.5% del alcohol isoproplico en el producto de
fondo. El producto de fondo de esta columna pasa auna segunda
columna de destilacin operando a 1.2 bar y 1.2 veces el reflujo
mnimo donde se recuperael 99.9% del alcohol isoproplico en el
producto destilado y el 99.9% del agua en el producto de fondo.
Elagua se descarta mientras que el alcohol isoproplico se
recircula.
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CINTICA DE LA REACCIN
La reaccin para formar acetona a partir de alcohol isoproplico
(isopropanol) es endotrmica conun calor estndar de reaccin de 62.9
kJ/mol. La reaccin es controlada por la cintica y ocurre en
fasevapor sobre un catalizador. La reaccin es de primer orden con
respecto a la concentracin de alcohol yse representa adecuadamente
con la siguiente ecuacin de velocidad:
0exp aAIP IPAE
r k CRT
= [kmol/ms]
cona
E = 72.38 MJ/kmol, 0k = 3.51 105s1, y con
IPAC dado en kmol/m.
El reactor est forrmado por tubos de 2 plg (50.4 mm) de dimetro
y 20 pies (6.096 m) delongitud. Se desea obtener una conversin de
90% de AIP en el reactor, por lo que se necesitadeterminar el
volumen del reactor.
EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOR
El sistema alcohol isoproplico-agua forma un azetropo de punto
de ebullicin mnimo con unacomposicin de 88% en peso de AIP y 12% en
peso de agua. El modelo termodinmico seleccionadodeber reflejar
correctamente la composicin del azetropo.
RESULTADOS
Modelo termodinmico seleccionado para equilibrio L-V
Composicin del azetropo isopropanol-agua (mol%) a 1.2 bar
Volumen requerido del reactor para 90% conversin (m)
Calor requerido en el reactor (MJ/h)
Columna de destilacin 1:Nmero de platos tericos
Plato de alimentacin
Calor requerido en el hervidor (MJ/h)
Columna de destilacin 2:Nmero de platos tericos
Plato de alimentacin
Calor requerido en el hervidor (MJ/h)
Cantidad de acetona perdida junto con el hidrgeno (kmol/h)
Composicin de la acetona producto (% peso)
