1. objetivos.
El objetivo del presente trabajo es el análisis de la eficiencia energética del proceso de destilación reactiva en términos de la disponibilidad termodinámica, mediante el simulador de aspen HYSYS.
2. Introducción.
La fase sólida de la gasolina ha estimulado la producción de Eter, como el MTBE (metil terbutil eter), TAME (ter amit metil éter) y otros (véase, Short, 1986; Unselman 1989). Mezclados en el poso de la gasolina los así llamados estimuladores del octano incrementan le número de octanaje de la gasolina y disminuye las emisiones de CO. En el presente, la capacidad de
producción mundial de MTBE se ha incrementado
bastantemente y es de esperarse que en 1993 se produzca 17 x 1 O 6 toneladas a nivel mundial, lo cual es casi el doble de la capacidad de producción en 1990.
El método de producción del MTBE más comúnmente usado se basa en la fase líquida de la reacción química entre metanol e isobuteno en un reactor de cama fija. La reacción mencionada es un ácido catalizado y la mayor parte del proceso de
producción usa una resina de intercambio fuerte y un ión-ácido como catalizador.
La reacción de catálisis entre el metanol y el isobuteno para que el MTBE tenga las siguientes características:
1. La reacción es exotérmica (H, = -37.7 KJ/mol) y la conversión máxima se determina por el valor del equilibrio termodinámico. 2. La reacción es selectiva por el isobuteno es; decir, los otros butenos no son convertidos y casi ningún biproducto es
formado.
3. El equilibrio vapor - líquido se comporta de una manera no ideal, es decir, se pueden obtener grandes coeficientes relativos de actividad. Sin embargo no ocurren separaciones de la fase líquida.
En un proceso convencional de producción de MTBE (véase, Anallot y otros1987), el metanol, una mezcla de butenos y una corriente reciclada son alimentados a un reactor de cama fija consistente de una resina de intercambio fuerte de ácido.
El flujo de producto neto de éste reactor consiste de metanol no convertido e isobuteno, de MTBE y otros butenos inertes los
cuales son separados por extracción y destilación.
El isobuteno que se obtiene de la columna de destilación y el metano que resulta de la columna de extracción son
recirculados a la corriente de alimentación del reactor. En una unidad de destilación catalítica tanto la destilación como la reacción química ocurren simultáneamente en una columna de deposito o empaquetamiento.
Esta combinación ofrece ventajas potenciales superiores al sistema de destilación subsecuente y de cama fija mencionada anteriormente. Entre las ventajas se menciona lo siguiente. Uso del calor de la reacción para la separación del producto; un perfil de temperatura fácil de controlar en la sección catalítica, es decir, no se requiere enfriamiento y no hay presencia de
Altas conversiones obtenidas (véase Kerlhof y otros 1991), ya que las limitaciones del equilibrio termodinámico son evitados gracias a la separación del producto; bajo costo de capital debido al poco equipo requerido.
Actualmente algunos procesos de destilación catalítica comerciales son operados utilizando una torre de destilación recubierta con un embalaje de fibra de vidrio en el cual es inyectado el catalizador (Lander y otros 1983). Otros tipos de empaquetamiento, como el de la resina ácida que se
encuentra en un empaquetamiento estructurado (Degarmo y otros 1992) también pueden reusados como un material
adecuado.
La destilación reactiva es el tema de un número creciente de estudios teóricos y experimentales. También pueden ser
considerados las siguientes aplicaciones de esta unidad de operación:
Reacciones de hidrólisis (por ejemplo de eterificación y
alquilación). La combinación de la reacción y la destilación en el proceso de un solo paso puede ser dificultada por un cierto número de interacciones complejas. Los estudios de simulación pueden ayudar a determinar la influencia de las reacciones de alimentación. La razón de reflujo y cantidad y la cantidad de catalizador en la reacción global y la pureza del producto, así como optimizar el funcionamiento de la columna. En lo que sigue los resultados serán presentados a partir de simulaciones de síntesis de MTBE en una cama fija y en una columna de destilación reactiva.
3. Análisis energético de la destilación reactiva.
Para el análisis energético de esta practica pues fue muy sencilla, ya que en estos proceso se pueden obtener ahorros energéticos bastante considerable los cuales vamos a ver mas adelante. Por lo tanto lo primero a analizar son nuestros datos de entrada:
Tabla 1) datos de entrada
La tabla 1, nos muestra los datos de entrada de nuestro proceso con dos corrientes una caliente y una fría.
Tabla 2) datos de las corrientes de servicios
La tabla 2, nos muestra las propiedades de las corrientes de servicios, y podemos observar que la de enfriamiento asi como la simulación anterior es de aire para la cual se hace un ahorro de enfriamiento.
Tabla 3) resultado detallado de los costos.
La tabla 3, nos da a conocer con más detalle de los resultados obtenidos de los costos de operación y el anualizado.
Figura 1) diagrama y tabla de la curva compuesta.
De la figura 1 podemos concluir que el calentamiento requiere de mucha energía, y podemos observar las temperaturas
Figura 2) diagrama y tabla costos vs ∆Tmin.
De la figura podemos observar que nuestro costo total es de 0.0000, asi como se dijo al principio la destilación reactiva tiene esa ventaja de el ahorro energéticos y de por supuesto de costos, también se puede observar el delta de temperatura minimo el cual es de 10 °C.
De la tabla se puede observar del área de nuestra red de intercambiadores.
Tabla 4)
De la tabla podemos concluir que las unidades utilizadas es de 2 con un área de 507.9 m2, también se observa las cargas de
calor de las corrientes de servicios.
Figura 3) grafica área vs intercambiadores de calor
De la figura se observa que son dos unidades utilizadas en nuestra simulación, en la cual la de enfriamiento es la mas grande ósea con área mucho mayor.
Figura 4) HEN.
La figura 4, nos indica de cómo se encuentra distribuida nuestra red. Ya que esta sirve para visualizar muy bien el intercambio de calor de las corrientes, donde se observa que la corriente de enfriamiento es aire que va desde 30.0 a 35.0 °C y la de
calentamiento, la de baja presión esta desde 125.0 a 124.0 °C, y se observa el proceso de enfriamiento y el de calentamiento.