ACETATO DE ISOPROPILO

Es un líquido incoloro con un olor aromático a un éster frutal. Tiene un grado moderado de solubilidad en agua y un bajo punto de inflamación. Posee buenas características como solvente para resinas como las celulosas, copolímeros de vinil, poliésteres, poliestirenos, acrílicos, entre otros.

Es utilizado en recubrimientos, fluidos de limpieza, y como solvente para fragancias, cosméticos y artículos de cuidado personal. Uno de sus principales usos es en tintas de impresión, donde la rápida evaporación y baja higrocospicidad son necesarias.

Usos Producción de tintas de impresión para la industria gráfica. Producción de thinners y solvente de pinturas en industria de pinturas. En la industria textil, para la preparación de tejidos de lana para teñido. En procesos de

limpieza y para la elaboración de textiles aprestados. En la industria alimenticia, en productos de confitería, bebidas, dulces. En esencias artificiales de frutas. En la extracción de cafeína a partir del café. Remoción de sustancias resinosas en la industria del caucho. En la elaboración de cueros artificiales y para revestir y decorar artículos de cuero. Ingrediente de preparaciones cosméticas (perfumes, esmaltes, tónicos capilares) y

farmacéuticas. Solvente para la elaboración de varios compuestos explosivos. Reactivo para la manufactura de pigmentos.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL ACETATO DE ISOPROPILO

DESCRIPCIÓN SINÓNIMOS: Acetato de isopropilo, isopropil acetato, isopropil éster, etanoato de

isopropil. FÓRMULA QUÍMICA: (CH3)2CHCOOCH3

PESO MOLECULAR: 102.1 g/mol GRUPO QUÍMICO: Compuesto orgánico

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS ESTADO FÍSICO: Líquido. APARIENCIA: Incoloro OLOR: Olor a fruta pH : No reportado. TEMPERATURA DE EBULLICIÓN: 89°C TEMPERATURA DE FUSIÓN: -73°C

DENSIDAD RELATIVA (Agua = 1): 0.88 PRESIÓN DE VAPOR, KPa: 5.3 a 17°C DENSIDAD RELATIVA DE VAPOR (aire = 1) : 3.5 SOLUBILIDAD: moderada (4.3g por 100 ml de Agua a 17°C). LÍMITES DE EXPLOSIVIDAD % EN VOLUMEN EN EL AIRE: 1.8-7.8

IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS

RIESGO PRINCIPAL: Inflamable/explosivo RIESGOS SECUNDARIOS: Irritante, nocivo y reactivo (leves) Rótulo de Transporte:

Clase: 3

DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA SELECCIONADA

DESCRIPCION DEL PROCESO

DESTILACIÓN REACTIVA

En el proceso de este método, el ácido acético se usa como reactivo y como un agente de

extracción para romper el azeótropo que se forman en el sistema. Este método proporciona un

tiempo de residencia que es suficiente para obtener el acetato de metilo de alta pureza con una

alta conversión de los reactivos. Además, un esquema de control que permite el logro de la pureza

de destilado de alta y baja pérdida de reactivo. Por lo tanto, este método permite la realización de

conversiones de alto reactivo en un solo reactor / columna de destilación y supera el problema de

la formación del azeótropo durante la producción de acetato de isopropilo a partir de isopropanol

y ácido acético al proporcionar un método para romper los azeótropos en el sistema.

La reacción de esterificación se lleva a cabo favorablemente en fase liquida en el rango de

temperaturas y presión inferior a la atmosférica, para evitar la destrucción del catalizador (Giessler

et al. 1999).

La gran complejidad que presenta este sistema reaccionante, se evidencia por la existencia de seis

azeótropos, de los cuales tres son heterogéneos (ELLV) y los restantes son homogéneos (ELV).

La simulación del equilibrio de fases (ELV y ELLV) se hizo teniendo en cuenta la desviación de la

idealidad que presenta el ácido acético en la fase de vapor, mediante el modelo propuesto por

Hayden & O’Connell para la fase de vapor (Hayden & O’Connell, 1975), y la fase líquida fue

modelada con NRTL (Renon & Prausnitz, 1968). La constante de equilibrio químico usada en este

trabajo es la reportada por Janowsky et al. (1997).

K eq=2.32exp (782.98T [ K ]

)

Como el objetivo primordial es obtener el isopropilacetato puro sin utilizar varias torres para su

posterior separación, se debe trabajar en la región de destilación que tiene como producto de

colas el isopropilacetato. Las regiones de destilación son divididas por una separar matriz de

primer grado (de origen termodinámico semejante al azeótropo) que imposibilita el paso de las

curvas de residuo, además de las líneas de balance de masa de una región a otra. Igualmente, el

estado estable analizado (destilado formulado) con un ligero exceso de isopropanol/ácido acético

se encuentra en esta región, cumpliendo así con todas las restricciones impuestas por el AE.

Las principales consideraciones del método son:

Los flujos de líquido y vapor en la columna son infinitos.

La capacidad de la reacción en la columna es bastante grande para llevarse a cabo a una

conversión dada, además de estar localizada la zona de reacción en alguna parte de la

columna.

La columna se encuentra en estado estable y el número de etapas teóricas es definido.

La reacción considerada es de equilibrio y reversible.

(CH ¿¿3)2CHOH ( l )+CH 3COOH ( l )↔CH3COO−(CH ¿¿3)2CH (l)+H2O(l)¿¿

Los reactivos son almacenados en un tanque diferente cada uno a una temperatura de 25°C, es

importante saber que ambos, isopropanol y ácido acético, están concentrados para escoger el

material de los tanques, de dichos tanques cada reactivo es subido por una tubería de 1.5 plg

tamaño nominal por medio de dos bombas, una para cada uno, para ser introducidos a los

respectivos intercambiadores de calor para su acondicionamiento antes de ingresar al reactor.

Toda la tubería utilizada es de acero de 1.5 plg tamaño nominal. Como el reactor trabaja

isotérmicamente la corriente de salida contiene los dos reactivos y además acetato de isopropilo y

agua, se encuentra a 323.15K, y de allí es conducida a una bomba que la eleva hasta una altura

Isopropyl acetate (a)

Azeotrope

Water (c)

Reactive azeotrope

Reactive distillation lines

Isopropanol (b)

Acetic acid (d)

necesaria para alcanzar la etapa de alimentación de la torre de destilación cuyo producto

principales acetato de metilo de alta pureza.

El proceso incluye la esterificación de ácido acético (CH3COOH) con isopropanol ((CH3)2CHOH) , el

cual es complicado debido a las limitaciones equilibrio de la reacción, la dificultad de la separación

de ácido acético y agua, y la presencia de azeótropos , ambos entre isopropil acetato e

isopropanol, y entre isopropil acetato y agua.

La constante de equilibrio termodinámica para esta reacción es de orden 26.2, y los efluentes del

reactor contienen una gran cantidad de los cuatro componentes. El proceso convencional usa uno

o más reactores en fase líquida con un exceso de uno de los reactantes (CH3COOH) a fin de lograr

una alta conversión del otro reactante ((CH3)2CHOH).

Agreda y Partin inventaron un proceso alternativo que incluye reacción química y separación en un

mismo recipiente. La alta pureza de acetato de isopropilo se produce sin pasos adicionales de

purificación y sin corrientes de reactantes no convertidos a recuperar. Este proceso proporciona

un método de conducir el equilibrio a conversiones altas sin que sea necesario un gran exceso de

uno de los reactivos. Esto se logra al permitir que la mezcla de la reacción en fase líquida se

evapore en acetato de isopropilo lo que aumenta la conversión. Las alimentaciones a la columna

se equilibran estequiométricamente. El reactante liviano isopropanol es alimentado por la parte

inferior y el pesado ácido acético es alimentado por la parte superior, proporcionando así un buen

contacto entre los reactantes.

El ácido acético se utiliza tanto como reactante y como agente de extracción para romper los

azeótropos entre isopropil acetato e isopropanol, y entre isopropil acetato y agua.

El tiempo mínimo de residencia depende de la concentración del catalizador y del número de

etapas. Ágreda y Partin obtuvieron un tiempo de residencia de 2.4h para una velocidad de

alimentación del catalizador de aproximadamente 1 kg de ácido sulfúrico por cada 100 kg de ácido

acético. Este tiempo de residencia es suficiente para obtener una alta conversión de los reactantes

(99%).

El flujo de los reactantes ingresa en contracorriente a través de la columna reactiva, reaccionando

simultáneamente y evaporándose en cada etapa. La eliminación del acetato de isopropilo en lugar

de los otros componentes aumenta la amplitud de reacciones alcanzados en cada etapa.

La figura muestra un esquema de una columna de destilación reactiva, donde hay cuatro zonas en

la columna que garantizan alta conversión. Ellos son: una sección de agotamiento de isopropanol –

agua, una sección de destilación reactiva, una sección de destilación extractiva y una zona de

rectificación de isopropil acetato/ ácido acético.

El ácido acético es separado del isopropil acetato en la parte superior de la columna (Zona I). En la

Zona II, la alimentación de ácido acético extrae agua del isopropil acetato. La reacción toma lugar

en el medio de la columna (Zona III) por debajo de la alimentación del catalizador ácido sulfúrico.

Como se forma acetato de isopropilo, se produce un azeótropo de ebullición mínimo con metanol.

El azeótropo es el más ligero de la caldera en la mezcla y se produce desde la parte superior de la

zona reactiva.

Datos a tener en cuenta:

CORRIENTE DE ENTRADA AL REACTOR

Presión(bar) 1

Temperatura(°C) 50

Flujo molar del isopropanol (Kmol/h) 50

Flujo molar del ácido acético (Kmol/h) 55

COLUMNA DE DESTILACIÓN

Número de platos 25

Reflujo 2.2

Flujo molar del destilado (Kmol/h) 45

Presión(bar) 1

Observación: La alimentación entra en el plato 12 (Zona Reactiva).

DISEÑO DE EQUIPO CRÍTICO TOMANDO LA ZONA DE REACCIÓN COMO UN REACTOR CATALÍTICO DE TANQUE AGITADO CON UNA MEZCLA EQUIMOLAR DE ENTRADA LOS DATOS TOMADOS DE LA LITERATURA.

EN EL REACTOR:

La reacción de esterificación del ácido acético con metanol sobre catalizador H2SO4, puede

escribirse como:

(CH ¿¿3)2CHOH(l)+(CH3)COOH (l )(H ¿¿2SO4)⇔

CH3COO(CH ¿¿3)2CH (l)+H2O(l)¿¿¿

BALANCE DE MATERIA:

Partiendo de la ecuación general de conservación de cantidad de materia, para fluidos

incompresibles:

Coordenadas cilíndricas:

∂C A

∂t+(vr

∂C A

∂r+vθ .

1r.∂CA

∂θ+vz

∂C A

∂ z )=DAB( 1r . ∂∂r (r . ∂C A

∂r )+ 1r2 . ∂2C A

∂θ2+∂2C A

∂ z2 )+R A

Donde:

DAB( 1r . ∂∂r (r . ∂C A

∂r )+ 1r2 . ∂2C A

∂θ2+∂2C A

∂ z2 )=0Y además sabiendo que:

vz=0vr=0

Reemplazando en la ecuación principal tenemos:

Sabiendo que la concentración del reactante solo varía con respecto al tiempo debido a la reacción

que se origina en el reactor, y no con respecto a la velocidad angular, podemos deducir que:

vθ .1r.∂CA

∂θ=0

Con lo cual finalmente obtenemos que la ecuación general se reduzca a lo siguiente:

∂C A

∂t=R A

Cuya velocidad de reacción r A es una Reacción Reversible:

RA=−(r A)=k f (C AcOHC IsopropOH−C IsopropOAcCH 2O

K eq) …(α)

Donde:

K eq : constantedeequilibrio

k f :constantedela reacción [h−1 ]

k f=9.732×108 exp(−6287.7T [K ] )h−1 kmol

m3

K eq=2.32exp( 782.98T [K ] )Hallando la constante de equilibrio (K eq) y la constante de reacciónk fpara una T=50°C:

k f=9.732×108 e

( −6287.750+273.15 )

k f=3.4507 h−1

K eq=2.32exp( 782.98T [K ] )K eq=2.32exp (

782.98323.15

)

K eq=26.16777413

Tabla del flujo molar en la entrada y salida del reactor:

nomoles Entrada (Kmol) Salida (Kmol)

no(CH ¿¿ 3)2CHOH ¿ 50 50∗(1−x)

noCH3COOH

55 55−50∗x

noCH3COO(CH ¿¿3)2CH ¿ 0 50∗x

noH 2O

0 50∗x

Con el valor obtenido de la K eq, se determina la conversión en el equilibrio (xAE)

K eq=CCH3COO(CH ¿¿3)2CH×C H2O

C(CH ¿¿ 3)2CHOH ×CCH 3COOH¿¿

K eq=¿¿

K eq=noCH3COO(CH ¿¿ 3)2CH×no

H2O

no(CH¿¿ 3)2CHOH×noCH 3COOH

¿¿

Donde:

noi :número demolesdel componente i

Reemplazando los valores:

26.16777413=(50 x AE)(50 x AE)

50∗(1−xAE)×(55−50∗xAE)

∴ x AE=0.8723

Hallando la conversión de A en el equilibrio(xAE) haciendo uso del pRograma Polymath:

t X t X

0 0 0.616597 0.8722045

0.0312022 0.5234839 0.640597 0.8722297

0.0464546 0.6222682 0.652597 0.8722396

0.066345 0.7016277 0.664597 0.8722481

0.0827356 0.7440787 0.676597 0.8722554

0.0920009 0.7623326 0.700597 0.8722669

0.112889 0.7932817 0.712597 0.8722715

0.124597 0.8061594 0.724597 0.8722754

0.136597 0.8169511 0.736597 0.8722787

0.160597 0.8331549 0.760597 0.872284

0.172597 0.8392535 0.772597 0.8722861

0.184597 0.8443465 0.784597 0.8722878

0.196597 0.848615 0.796597 0.87228930.220597 0.8552285 0.820597 0.8722918

0.232597 0.8577836 0.832597 0.8722927

0.244597 0.8599459 0.844597 0.8722935

0.256597 0.8617786 0.856597 0.8722942

0.280597 0.8646554 0.880597 0.8722953

0.292597 0.8657793 0.892597 0.8722958

0.304597 0.8667358 0.904597 0.8722961

0.316597 0.8675505 0.916597 0.8722964

0.340597 0.8688367 0.940597 0.8722969

0.352597 0.8693417 0.952597 0.8722971

0.364597 0.8697725 0.964597 0.8722973

0.376597 0.8701403 0.976597 0.8722975

0.400597 0.8707224 1.000597 0.8722977

0.412597 0.8709515 1.012597 0.8722978

0.424597 0.8711471 1.024597 0.8722979

0.436597 0.8713143 1.036597 0.8722979

0.460597 0.8715792 1.060597 0.872298

0.472597 0.8716836 1.072597 0.8722981

0.484597 0.8717727 1.084597 0.8722981

0.496597 0.871849 1.096597 0.8722981

0.520597 0.8719698 1.120597 0.8722982

0.532597 0.8720175 1.132597 0.8722982

0.544597 0.8720582 1.144597 0.8722982

0.556597 0.872093 1.156597 0.87229820.580597 0.8721482 1.180597 0.87229830.592597 0.87217 1.192597 0.8722983

0.604597 0.8721886 1.204597 0.8722983 Así pues se determina la velocidad de reacción (−r¿¿ A)¿:

−rA=3.4507h−1 m3

Kmol (C A0 (1−x )(CB0−CA 0 x )−C A0 x∗C A0 x

Keq)

−rA=3.4507h−1 m3

Kmol ( nA 0

v o(1−x )(

nB 0vo

−nA 0

vox)−

nA 0

vo

x∗nA0

v ox

K eq)

−r A=3.4507h−1 m3

Kmol ( 505.5828

(1−0.8549 )( 555.5828−

505.5828∗0.8549)−

505.5828

∗0.8549∗50

5.5828∗0.8549

26.16777413 )¿−r A=2.1189

Kmolm3h

Con el valor de x A se determina los flujos de salida:

nsalCH3OH=50× (1−x A )

nsal(CH ¿¿3 )2CHOH=50× (1−0.8549 )¿

nsal(CH ¿¿3 )2CHOH=7.2573Kmol¿

nsalCH3COOH=55−(50 xAE)

nsalCH3COOH=55−(50×0.8549 )

nsalCH3COOH=12.2573Kmol

nsalCH3COOCH3

=50 x AE

nsalCH3COO(CH ¿¿3)2CH=50×0.8549 ¿

nsalCH3COO(CH ¿¿3)2CH=42.7427Kmol¿

nsalH 2O=50 xA

nsalH 2O

=50×0.8549

nsalH 2O=42.7427Kmol

Haciendo una tabla de los flujos de entrada, reaccionan y de salida:

COMPONENTE ENTRADA(Kmol) REACCIÓN(Kmol) SALIDA(Kmol)

CH 3OH 50 -42.7427 7.2573

CH 3COOH 55 -42.7427 12.2573

CH 3COOCH 3 0 +42.7427 42.7427

H 2O 0 +42.7427 42.7427

BALANCE DE ENERGÍA

COMPONENTE ENTRADA(Kmol) SALIDA(Kmol) Hf(KJ/mol)

CH 3OH 50 6.385 -238.660

CH 3COOH 55 11.385 -484.500

CH 3COOCH 3 0 43.615 -442.000

H 2O 0 43.615 -285.830

∆H °=(−285.830−442+484.5+238.66 )∗0.8365=−3931.55 KJ /mol

∆ H(CH¿¿3 )2CHOH=−238.660+ ∫

298.15

323.15

(1.058∗105−3.622∗102T +9.379∗10−1T2 )dT=−236.56KJ /mol ¿

∆HCH 3COOH=−484.500+ ∫298.15

323.15

(1.964∗105−3.208∗102T+8.985∗10−1T 2 )dT=−481.33KJ /mol

∆ HCH 3COO (CH ¿¿3)2CH=−442.000+ ∫

298.15

323.15

(6.126∗104+2.709∗102T )dT=−438.36 KJ /mol ¿

∆ H H 2O=−285.830+ ∫298.15

323.15

(2.7637∗105−2.0901∗103T+8.125T 2−1.4116∗10−2T 3+9.37∗10−6T4 )dT=−283.94KJ /mol

Q=−236.56 (6.385−50 )−481.33 (11.385−55 )−438.36 (43.615−0 )−283.94 (43.615−0 )−3931.55

∴Q=−4167.50KJ

De la ecuación general de conservación de energía:

∂T∂ t

+V r∂T∂r

+V θ

r∂T∂θ

+V z∂T∂ z

=α ( 1r ∂∂ r (r ∂

∂ r (r ∂T∂ t ))+ 1r2 ∂2T∂θ2

+ ∂2T∂z2 )+ G

ρCp

Siendo un reactor de tanque agitado y mezclado perfecto en sistema estacionario.

Haciendo la componente angular y la componente axial prácticamente despreciable por motivos

prácticos apoyado en la experimentación.

V r∂T∂r

= GρCp

Siendo:

G=ΔHR∗(r A )El sistema en cuestión opera en forma isotérmica y de mezclado perfecto por lo tanto la variación

de la Entalpía se hace cero.

ΔH R=0

La ecuación de conservación de energía quedaría de la siguiente manera:

V r∂T∂r

=0

Luego despejando tendríamos lo siguiente:

∂T∂r

=0

REACTOR

Entrada Salida

mole-flow(kmol/h) 105 105

mass-flow(kg/h) 4904.9988 4904.9988

Enthalpy (cal/sec) -2594868.4 -2594868.4

EN EL DESTILADOR:

COLUMNA DE DESTILACIÓN

Entrada Salida

mole-flow(kmol/h) 105 105

mass-flow(kg/h) 4904.9988 4904.9988

Enthalpy (cal/sec) -2594868.4 -2552346.8

TEMPERATURE 323.15 K

HEAT DUTY -348512.77 cal/sec

distillate rate 45 kmol/h

reflux rate 99 kmol/h

Composición en cada etapa de destilación:

Etap

a

ISOPROPANOL ACETATO

DE

ISOPROPIL

O

ÁCIDO ACETICO AGUA

1 0.09665775 0.8479083

4

6.42E-14 0.0554339

2 0.06437569 0.8679140

3

8.50E-13 0.06771028

3 0.04872755 0.8759246 7.78E-12 0.07534784

4 0.04171118 0.8777667

1

6.83E-11 0.0805221

5 0.03876846 0.8765529 5.97E-10 0.08467854

9

6 0.03769671 0.8736680

7

5.24E-09 0.08863521

7 0.03750524 0.8695980

9

4.65E-08 0.09289662

8 0.03776476 0.8643379

1

4.16E-07 0.0978969

9 0.03832328 0.8574893

6

3.78E-06 0.10418357

10 0.03917967 0.8480864

3

3.50E-05 0.1126989

11 0.04048854 0.8337208 0.00033307 0.12545758

12 0.04279374 0.8054715

8

0.00330631 0.14842836

13 0.04281286 0.8054604 0.00330616 0.14842057

14 0.04284137 0.8054426 0.00330603 0.14840999

15 0.04288379 0.8054131

7

0.00330589 0.14839715

16 0.04294522 0.8053651

7

0.00330575 0.14838385

17 0.04303243 0.8052957

7

0.00330558 0.14836621

18 0.04315574 0.8051955

3

0.00330541 0.14834332

19 0.04332848 0.8050631

6

0.00330521 0.14830314

20 0.04356784 0.8049279

8

0.0033045 0.14819967

21 0.04391138 0.8047262

5

0.00330315 0.14805922

22 0.04441156 0.8043754

4

0.00330201 0.14791098

23 0.04515277 0.8035115

6

0.00332641 0.14800924

24 0.04643361 0.7980179

3

0.0039987 0.15154975

25 0.05156906 0.7149440

9

0.02017469 0.21331215

Stag

e

Temperatur

e K

Pressure atm Heat duty

cal/sec

Liquid flow

kmol/hr

Vapor flow

kmol/hr

1 328.482833 0.98692327 -329788.18 99 0

2 328.829683 0.98692327 0 97.2981743 144

3 328.999882 0.98692327 0 96.1797195 142.298174

4 329.081048 0.98692327 0 95.3567662 141.17972

5 329.122425 0.98692327 0 94.6028061 140.356766

6 329.148168 0.98692327 0 93.7901815 139.602806

7 329.170357 0.98692327 0 92.9247419 138.790182

8 329.196758 0.98692327 0 91.8957697 137.924742

9 329.236308 0.98692327 0 90.6039917 136.89577

10 329.31171 0.98692327 0 88.8070478 135.603992

11 329.540956 0.98692327 0 86.0355562 133.807048

12 330.963411 0.98692327 0 195.709262 131.035556

13 330.963079 0.98692327 0 195.712926 135.709262

14 330.962791 0.98692327 0 195.71506 135.712926

15 330.962512 0.98692327 0 195.718764 135.71506

16 330.962373 0.98692327 0 195.724022 135.718764

17 330.962254 0.98692327 0 195.731512 135.724022

18 330.962225 0.98692327 0 195.743344 135.731512

19 330.962074 0.98692327 0 195.760106 135.743344

20 330.960167 0.98692327 0 195.777494 135.760106

21 330.957102 0.98692327 0 195.807167 135.777494

22 330.954399 0.98692327 0 195.847442 135.807167

23 330.969125 0.98692327 0 195.711477 135.847442

24 331.323345 0.98692327 0 193.034727 135.711477

25 340.099584 0.98692327 378663.427 60 133.034727

PRE

S

TEMP VAPOR LIQUID

(atm

)

(K) Y

(ISOPROPANOL

)

Y (AGUA) X(ISOPROPAN

OL)

X(AGU

A)

1 368.931

2

0.1627596 0.837240

4

0.025 0.975

1 365.684

6

0.2749928 0.725007

2

0.05 0.95

1 363.091

8

0.3576166 0.642383

4

0.075 0.925

1 360.957

3

0.421395 0.578605 0.1 0.9

1 359.158

1

0.4724412 0.527558

8

0.125 0.875

1 357.612

3

0.5144918 0.485508

2

0.15 0.85

1 356.262

7

0.5499619 0.450038

1

0.175 0.825

1 355.068

2

0.5804836 0.419516

4

0.2 0.8

1 353.998

2

0.6071998 0.392800

2

0.225 0.775

1 353.029

5

0.630935 0.369065 0.25 0.75

1 352.144

1

0.6522994 0.347700

6

0.275 0.725

1 351.328 0.6717538 0.328246

2

0.3 0.7

1 350.569

9

0.6896529 0.310347

1

0.325 0.675

1 349.860

7

0.706274 0.293726 0.35 0.65

1 349.193

1

0.7218369 0.278163

1

0.375 0.625

1 348.561 0.736518 0.263482 0.4 0.6

1 347.959

4

0.7504602 0.249539

8

0.425 0.575

1 347.384

1

0.7637807 0.236219

3

0.45 0.55

1 346.831

7

0.7765761 0.223423

9

0.475 0.525

1 346.299

1

0.7889268 0.211073

2

0.5 0.5

1 345.784 0.8009002 0.199099

8

0.525 0.475

1 345.284

2

0.812553 0.187447 0.55 0.45

1 344.797

9

0.8239332 0.176066

8

0.575 0.425

1 344.323

7

0.8350817 0.164918

3

0.6 0.4

1 343.860

1

0.8460334 0.153966

6

0.625 0.375

1 343.406 0.8568182 0.143181

8

0.65 0.35

1 342.960 0.8674619 0.132538 0.675 0.325

5 1

1 342.522

8

0.8779866 0.122013

4

0.7 0.3

1 342.092 0.8884116 0.111588

4

0.725 0.275

1 341.667

7

0.8987535 0.101246

5

0.75 0.25

1 341.249

2

0.9090266 0.090973

3

0.775 0.225

1 340.833

6

0.9192575 0.080742

5

0.8 0.2

1 340.426

2

0.9294238 0.070576

2

0.825 0.175

1 340.023

4

0.9395551 0.060444

8

0.85 0.15

1 339.624

9

0.9496599 0.050340

1

0.875 0.125

1 339.230

4

0.959745 0.040255 0.9 0.1

1 338.839

7

0.9698166 0.030183

3

0.925 0.075

1 338.452

5

0.9798801 0.020119

9

0.95 0.05

1 338.068

7

0.9899399 0.01006 0.975 0.025

1 337.684

8

1 0 1 0

DISEÑO DEL EQUIPO CRÍTICO

REACTOR CATALÍTICO TANQUE AGITADO (CSTR):

COMPONENTE ENTRADA(Kmol) X (Composición entrada) Masa(Kg)

(CH ¿¿3)2CHOH ¿ 50 0.47619048 1600

CH 3COOH 55 0.52380952 3300

COMPONENTE C1 C2 C3 C4

(CH ¿¿3)2CHOH ¿ 2.288 0.2685 512.64 0.2453

CH 3COOH 1.4486 0.25892 591.95 0.2529

Donde:

ρi=C1

C2[1+(1−T [K ]

C3)C 4]

ρi : densidad del componente i

C1, C2, C3 y C4: constantes de correlación

T: temperatura (K)

Reemplazando:

COMPONENTE ρ (Kg/m3)

(CH ¿¿3)2CHOH ¿ 763.867

CH 3COOH 1015.22

Calculando el flujo de entrada en el reactor:

vo=mρ …(α)

Cálculo de la densidad en la mezcla:

ρm=1

x1ρ1

+x2ρ2

Reemplazando:

ρm=1

0.4762763.867

+ 0.52381015.22

ρm=877.69Kg /m3

Cálculo del flujo másico en la mezcla:

m=mCH3OH+mCH3COOH

m=1600Kg+3300Kg

m=4900Kg /h

Entonces, reemplazando en… (α)

vo=4900Kg /h877.69Kg /m3

vo=5.582836765m3 /h

Ecuación de diseño en un reactor CSTR:

F A0−F A−(−r A )V=d Na

dt

Se cumple en un Estado estacionario:

d N a

dt=0

Se sabe que:

F A0=C A0 v0F A=C A v

Entonces:

C A0v0−C AV−(−r A )V=0

Dividiendo entre v0:

C A0

v0v0

−CAvv0

−(−r A ) Vv0=0

C A0−C A−(−r A ) Vv0=0

Se sabe que:

τ=Vv0, τ : Tiempo espacial

C A=C A0(1−x A)

Luego:

C A0−C A0(1−x A)−(−rA ) τ=0

C A0−C A0+x AC A0−(−r A ) τ=0

C A0 xA−(−r A ) τ=0

−(−r A ) τ=CA 0 x A

τ=CA 0 x A

−(−rA )Hallando τ:

τ=C A0∗X

r A τ=

( 505.5828

Kmolm3 )∗0.8549

2.1189 Kmolm3h

τ=3.6134h

Hallando Volumen del Reactor:

V R=vo∗τ∗1.2 V R=5.5828m3

h∗3.6134 h∗1.2

∴V R=20.1732m3

Hallando Diámetro del Reactor:

V R=A∗H V R=( π4∗D2)∗(1.1∗D)

V R=1.1∗π4

∗D3 →D=3√ 4∗V R

1.1∗π

D= 3√ 4∗20.1732m3

1.1∗π

∴D=2.8582m

Hallando Altura del Reactor:

H=1.1∗D H=1.1∗2.8582m

∴H=3.1440m

DIAGRAMA DE PROCESO

a) Diagrama de bloques

b) Diagrama de flujo de procesos (PFD)