Simulacion Planta de Produccion ETBE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

INTRODUCCIÓN: Los éteres tert-butílicos son los principales adi-tivos oxigenados que se utilizan en la reformulación de gasolinas. Los más utilizados son: éter metil tert-butílico (MTBE), éter etil tertbutílico (ETBE) y éter etil tert-amílico (TAME). Se han detectado problemas ambientales con el MTBE, por eso las nuevas normativas obligan a buscar otros aditivos que lo sustituyan. El ETBE presenta mejores propiedades de mezclado, además se obtiene de etanol que procede de fuentes renovables. Estas características facili-tan la adaptación progresiva de una planta que produce MTBE para producir ETBE. La síntesis de ambos éteres son similares, pero la termodinámica es más restrictivas para el éter etílico (Sneesby, et al., 1997). Por la existencia de dos azeótropos, la mayor parte del alcohol residual se obtiene con el ETBE en los fondos de la columna de destilación. La cinética de la reacción de formación de ETBE fue estudiada por Zhang et al. (1997), Jensen y Datta (1995) y Schwarzer et al. (2000), ellos observaron que un exceso de alcohol favorece la formación del éter e inhibe las reacciones secundarias. En los centros activos del catalizador se adsorben etanol e isobuteno; a alta concentración de alcohol, este domina la superficie, pero a baja concentración, el isobuteno tiende a adsorberse en centros activos adyacentes, favoreciendo la formación de los di-isobutenos (DIB). Fité et al. (1994), Estudiaron la formación de ETBE y ob-servaron que un gran exceso de etanol tiene un efecto inhibidor en la reacción de formación del éter y por lo tanto, debe existir un valor de la relación molar de alimentación etanol/isobuteno (E/I) que maximiza la selectividad hacia el éter y reduce la concentración de alcohol en los fondos de la columna de destilación. El proceso Hüls de producción de éteres tert-butílicos se muestra en la figura 1; y lo forman tres etapas principales:

Fig. 1: Diagrama de flujo del proceso de producción de ETBE   

Reacción (dos reactores); purificación del éter (destilación); recuperación y recirculación del alcohol que no reaccionó.

1 S

FACULTAD DE INGENIERÍA


Una metodología de diseño conceptual basada en un grafico de curvas de residuo, permitió determinar el esquema de separación factible (Thong y Jobson 2001).Con la simulación de procesos se determinaron las mejores condiciones de operación (Wasylkiewicz et al. 2000) y el efecto de la relación molar de alimentación E/I sobre la selectividad y la concentración de ETBE en la corriente de fondos de la columna de destilación. METODOLOGÍA: El diagrama de flujo en CHEMCAD es como se muestra a continuación.

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Fig.1 diagrama de flujo en chemcad de la producción de ETBE en Chemcad 6.3

3 S



RESULTADOS: A continuación se presentan los resultados obtenidos de la simulación: COMPOSICIONES Y CONDICIONES DE LAS CORRIENTES: CHEMCAD 6.1.3 Job Name: CLASEDISEÑO Stream No. Stream Name Temp C Pres kg/cm2-G Enth MJ/h 24995. Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h 1-Butene Ethanol T-But EthylEther Stream No. Stream Name Temp C Pres kg/cm2-G Enth MJ/h 21814. Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h 1-Butene Ethanol T-But EthylEther Stream No. Stream Name Temp C Pres kg/cm2-G Enth MJ/h 988.47 Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h 1-Butene Ethanol T-But EthylEther

Page 1 Date: 10/30/2013 1 60.0000* 16.0000* -2800.4

Time: 10:11:06 2

3

60.5616 60.0000 -21383.

4

98.0000 101.0307 60.0000 60.0000 -24995. -

0.00000 164.0615 9205.0000 15.3085 3677.22

0.00000 240.5306 12817.8072 20.0503 5391.17

0.00000 174.3732 12817.8737 19.1017 3908.34

0.00000 173.0501 12817.8754 19.0827 3878.68

9205.0000 0.0000 0.0000

9707.8061 3110.0016 0.0000

5995.9175 62.1999 6759.7569

5921.6798 1.2440 6894.9517

5

6

7

8

176.8864 60.0000 -431.99

293.0203 139.9372 194.1600 60.0000 60.0000 60.0000 -19521. -22702. -

0.00000 105.6936 5982.7717 9.9112 2368.98

0.00000 67.3569 6835.1041 9.1715 1509.71

0.00000 67.3570 6835.1094 9.1715 1509.72

0.00000 173.0501 12817.8754 19.0827 3878.68

5864.1737 1.2440 117.3540

57.5063 0.0000 6777.5980

57.5072 0.0000 6777.6020

5921.6798 1.2440 6894.9517

9

10

11

12

187.5796 100.0000 -265.36

40.0000 99.9990 -2490.6

40.8795 39.9998 25.0000 50.0000 -1810.7 -

0.00000 105.6936 5982.7717 9.9112 2368.98

0.00000 105.6936 5982.7717 9.9112 2368.98

0.00000 75.7539 4292.5182 7.1079 1697.92

0.00000 41.9477 2374.4513 3.9336 940.20

5864.1737 1.2440 117.3540

5864.1737 1.2440 117.3540

4197.4636 0.9954 94.0591

2327.3813 0.4937 46.5762

4 S



CHEMCAD 6.1.3 Job Name: CLASEDISEÑO Stream No. Stream Name Temp C Pres kg/cm2-G Enth MJ/h 466.38 Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h 1-Butene Ethanol T-But EthylEther Stream No. Stream Name Temp C Pres kg/cm2-G Enth MJ/h 259.40 Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h 1-Butene Ethanol T-But EthylEther Stream No. Stream Name Temp C Pres kg/cm2-G Enth MJ/h Vapor mole fraction Total kmol/h Total kg/h Total std L m3/h Total std V m3/h Flowrates in kg/h 1-Butene Ethanol T-But EthylEther

Page 2 Date: 10/30/2013 13

Time: 10:11:06 14

45.5228 60.0000 -308.69

15

50.0000 50.0000 -932.75

16

50.0001 50.0001 10.0000 10.0000 -932.75 -

0.00000 12.0147 684.5568 1.1308 269.29

0.00000 41.9477 2374.4513 3.9336 940.20

0.00000 41.9477 2374.4513 3.9336 940.20

0.00000 20.9738 1187.2256 1.9668 470.10

661.0203 0.2452 23.2912

2327.3813 0.4937 46.5762

2327.3813 0.4937 46.5762

1163.6907 0.2469 23.2881

17

18

19

20

50.0001 10.0000 -466.38

74.7296 10.0000 -135.00

0.0000 75.5289 0.0000 10.0000 0.00000 -

0.00000 20.9738 1187.2256 1.9668 470.10

0.00000 8.9606 502.7496 0.8361 200.84

0.00000 0.0000 0.0000 0.0000 0.00

0.00000 12.0132 684.4760 1.1307 269.26

1163.6907 0.2469 23.2881

502.7479 0.0017 0.0000

0.0000 0.0000 0.0000

660.9428 0.2452 23.2881

21

22

23

75.5184 10.0000 -259.40 0.00000 12.0133 684.4760 1.1307 269.26

79.3792 60.0000 -252.93 0.00000 12.0133 684.4760 1.1307 269.26

60.0000* 16.0000* -18448. 0.00000 67.5074 3110.0001 3.9056 1513.09

660.9428 0.2452 23.2881

660.9428 0.2452 23.2881

0.0000 3110.0001 0.0000

SISTEMA DE REACCION: Equip. No. Name Thermal mode Temperature C Heat duty MJ/h Key Component Frac. Conversion

2 2 98.0000 -3611.9299 2 0.9800

3 1 101.0307 2 0.9800

5 S



Reactor Pressure (kg/cm2-G) Calc H of Reac. (J/kmol) Stoichiometrics: 1-Butene Ethanol T-But EthylEthe

60.0000

60.0000

-1.0191e+008 -1.0191e+008

-1.000 -1.000 1.000

-1.000 -1.000 1.000

SISTEMA DE DESTILACION: Equip. No. Name No. of stages 1st feed stage Condenser mode Condenser spec Reboiler mode Reboiler spec. Calc Cond duty MJ/h Calc Reblr duty MJ/h Initial flag Calc Reflux mole (kmol/h) Calc Reflux ratio Calc Reflux mass kg/h Optimization flag Calc. tolerance

4

12

48 2 1 12.0000 1 11.0000 -583.0125 2444.3967 6 1268.3236

48 10 1 12.0000 1 10.0000 -1943.1750 2015.1456 6 107.5263

12.0000 71793.5391 1 0.0340

12.0000 6032.9731 1 0.0002

SISTEMA DE EXTRACCION: Equip. No. Name No. of Stages: 1st feed stage 2nd feed stage P Top kg/cm2-G P Drop kg/cm2

8 10 1 10 25.0000 25.0000

BIBLIOGRAFIA:    

Sneesby, M.G., M.O. Tade, R. Datta, y T.N. Smith, Synthesis via Reactive Distillation. 1. Steady-State Simulation and Design Aspects. Ind. Chem. Eng. Res. 36, 1855 (1997). [ Links ] Thong, D.Y.C., y M. Jobson, Multicomponent homogeneous azeotropic distillation. 1. Asses-sing product feasibility. Chem. Eng. Sci. 56, 4369-4391 (2001). [ Links ] Wasylkiewics, S.K., Kobylka, L.C., y Castillo, F.J.L., Optimal design of complex azeotropic distillation columns. Chem. Eng. J. 79, 219-227 (2000). [ Links ] Widago, S., and Seider, W.D., Azeotropic Distillation. AIChE J., 42, 96 (1996). [ Links ]

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Simulacion Planta de Produccion ETBE

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