Computer-aided Chemical Engineering

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Alba Carrero

Curso de iniciación a la simulación de procesos químicos con COCO

Simulator y ChemSep

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.

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Procedimiento de descarga:https://www.youtube.com/watch?v=Rn-cU3N-2Wo

Enlace de descarga:http://www.cocosimulator.org/index_download.html

Instalación del simulador

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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 ?

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Es un paquete que reúne varias aplicaciones:

Introducción

¿Qué es COCO?

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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

Consideraciones previas

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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

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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 atmFracción de vapor = 0.99

P = 1 atmFracción de vapor = 0.01

Ejercicio 1. Temperatura de rocío. Ejercicio 1. Temperatura de burbuja.

Feed

Vapor

Liquid

Feed

Vapor

Liquid

StreamTemperature / [°C]

Flow rate / [kmol / h]

Mole frac Toluene

Mole frac Benzene

Mole frac O-xylene

Feed50

100

0.25

0.5

0.25

Vapor115

100

0.25

0.5

0.25

Liquid115

0.01

0.223

0.198

0.579

StreamTemperature / [°C]

Flow rate / [kmol / h]

Mole frac Toluene

Mole frac Benzene

Mole frac O-xylene

Feed50

100

0.25

0.5

0.25

Vapor 95.9

0.01

0.162

0.781

0.0571

Liquid95.9

100

0.25

0.5

0.25

Destilación Flash. Trocío y Tburbuja

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Calculo de los datos de equilibrio del sistema benceno – tolueno a 1 atmosfera de presión.

Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.

http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForABenzeneTolueneMixture/

cacheme.orgMezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Mole fraction Benzene

80

85

90

95

100

105

110

115

Tem

pera

ture

/ °C

BubblePointTemperature, stream "Vapor"

DewPointTemperature, stream "Vapor"

Sistema benceno-tolueno

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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.

Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Azeótropo.

http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForAnAcetoneChloroformMixture/

http://www.learncheme.com

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

0 0.5 1

Mole fraction Acetone

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

Tem

pe

ratu

re /

°C

BubblePointTemperature, stream "Vapor"

DewPointTemperature, stream "Vapor"

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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. Variación fracción de vapor.

Fracción de vapor T (K) y n-heptano x n-heptano0,000 382 0,500 0,5000,100 383 0,662 0,4820,200 384 0,645 0,4640,300 384 0,628 0,4450,400 385 0,610 0,4270,500 385 0,591 0,4090,600 386 0,573 0,3910,700 386 0,554 0,3740,800 387 0,536 0,3570,900 387 0,518 0,3411,000 388 0,500 0,500

Estudio paramétrico

http://www.learncheme.com

http://demonstrations.wolfram.com/FlashVaporizationOfAHeptaneOctaneMixture/

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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.

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

Problemas destilación Flash

Ejercicio 4

150 kmol/h; 758kPa

Vb

B

StreamTemperature / [°C]

Flow rate / [kmol / h]

Mole frac N-butane

Mole frac N-pentane

Mole frac Propane

Vb85.6

100

0.45

0.419

0.131

B85.6

50

0.299

0.663

0.0377

T (ºC) 89.5

Composiciones

Benceno 0.489 0.545

Ciclohexano 0.321 0.301

Acetato de etilo 0.190 0.154

cacheme.orgAplicaciones 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.

cacheme.orgManejo 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.

Column_1

Destilado

Residuo

Alimento

1kg/s

0.5 Benceno 0.5 Tolueno

10 pisos

5

RR=2

5,874 kmol/s

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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

Compuestos NO polaresHIDROCARBUROS

Peng – Robinson (Todo P y T)

SRK (P y T no criogénicas)

Selección modelo termodinámico

• Diferencia entre simuladores Banco de datos• Comparación del modelo termodinámico seleccionado con datos experimentales

cacheme.orgDiagrama de McCabe

http://demonstrations.wolfram.com/McCabeThieleGraphicalMethod/

http://www.learncheme.com/simulations/separations

cacheme.orgDiagrama de McCabe

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Y B

en

ze

ne

/(B

en

ze

ne

+T

olu

en

e)

X Benzene/(Benzene+Toluene)

McCabe-Thiele diagram Benzene - Toluene

5

ChemSep

cacheme.orgPerfiles de la columna

2

4

6

8

10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Sta

ge

Liquid mole fraction

Liquid phase composition profiles

ChemSep

Benzene Toluene

2

4

6

8

10 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

Sta

ge

Flows (kmol/s)

Flow profiles

ChemSep

V L

@CAChemEorg

CAChemEorg

CAChemE

info@cacheme.orgmail

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Muchas gracias por su atención