la aplicCION DE BUTADIENO EN LA INDUSTRIA MANUFACTURE ES DE GRAN IMPORTANCIAYA QUE ES DE VITAL OMPORTANCIA YOTRAS COSASA ME JJCKCKCKKKVFKVF U OTRAS COSAS MAS
1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CATEDRÁ : ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS
CATEDRÁTICO : Ing. GUEVARA YANQUI, Pascual Victor
INTEGRANTES : MEZA CAHUANA, Mary Cruz
ROJAS ESTRADA, Juan Manuel
SEMESTRE : IX
AÑO
2019
ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
AMBIENTAL
SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO DEL PROCESO DE OBTENCION DEL
BUTADIENO POR OXIDESHIDROGENACION CATALITICA DE N- BUTANO EN EL
PROGRAMA CHEMCAD
2. “SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO DEL
PROCESO DE OBTENCION DEL BUTADIENO POR
OXIDESHIDROGENACION CATALITICA DE N- BUTANO
EN EL PROGRAMA CHEMCAD”
3. RESUMEN
Para realizar el siguiente trabajo de simulación en estado estacionario del proceso de obtención
del butadieno por oxidesgidrogenación. catalítica del n-butano, utilizando el método
tradicional.Estudiaremos la reacción de producción del butadieno a partir del n-butano y el
oxígeno, se utiliza un reactor FBR (FIXED BED CATALYST), que funciona a una presión 2.9 PSI
y temperatura de ingreso de 773°C y una temperatura de salida de 620°C. Previamente las
corrientes de alimentación se mezclan en un mixer (Mezclador), de ahí esta mezcla ingresa al
reactor luego pasa a un intercambiador de calor para bajar la temperatura después pasa a un
compresor para bajar la presión y finalmente a un separador de butadieno con un solvente de
acrilonitrilo.
4. INTRODUCCIÓN
El presente trabajo tiene como objetivo principal simular el proceso de obtención del
butadieno por medio del proceso de oxideshidrogenación catalítica del n-butano,
utilizando el método tradicional.
Estudiaremos la reacción de producción del butadieno a partir del n-butano y el
oxígeno, se utiliza un reactor FBR (FIXED BED CATALYST), que funciona a una
presión 2.9 PSI y temperatura de ingreso de 773°C y una temperatura de salida de
620°C. Previamente las corrientes de alimentación se mezclan en un mixer
(Mezclador), de ahí esta mezcla ingresa al reactor luego pasa a un intercambiador
de calor para bajar la temperatura después pasa a un compresor para bajar la
presión y finalmente a un separador de butadieno con un solvente de acrilonitrilo.
5. I. MARCO TEÓRICO
1. BUTADIENO:
(Fajen, págs. 20,21) El 1,3-butadieno, gas incoloro que se obtiene como producto
secundario de la fabricación del etileno, es muy utilizado como materia prima para la
fabricación de caucho sintético (p. ej., caucho de estireno-butadieno (SBR) y caucho de
polibutadieno) y de resinas termoplásticas.
(Repsol, 2017) El butadieno es gas incoloro no corrosivo e inflamable con un ligero olor a
gasolina, que se obtiene a partir de la fracción C4 procedente del proceso de craqueo
del petróleo. Dicha fracción C4 pasa por una serie de destilaciones extractivas y de
purificación hasta convertirse en butadieno de alta pureza. Caucho sintético (PB,
polibutadieno; SBR, estireno/butadieno; cauchos termoplásticos, SBS; caucho nitrilo,
neopreno, Resinas ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) y adiponitrilo, producto
intermedio para la obtención de poliamidas (nylon).
6. 2.1.1.Características Del Butadieno.
(Sociedad quimica, 2009), El Butadieno es un gas claro, incoloro de olor acre, a
temperatura ambiente es escasamente miscible con agua (0.03%), Tiende a formar
peróxidos a elevadas temperaturas, por lo que no se debe exponer al calor o a la
llama.
Reacciona con oxidantes y metales en forma de polvo, originando peligro de
incendio y explosión.
Recomendaciones: bajo ningún concepto se aconseja el uso de este producto
ingerido, bebido o en contacto con las mucosas. La sustancia irrita gravemente a los
ojos, la piel y el tracto respiratorio. La exposición altas concentraciones puede
producir edema pulmonar.
7. CARACTERISTICAS DEL BUTADIENO
Aspecto Liquido incoloro de color acre
Gas 126-99-8
Formula química C4H6
Peso molecular 54.10 g/mol
Hidrosolubilidad 0.735 g/L (20°C)
Punto de Fusión 1.0350 – 1.0389 g/cm3
Punto inicial de ebullición < 70.00 ppm
Presión de vapor 217 kPa / 255 kPa
Temperatura de autoinflamación 420°C
Cloruros < 0.007 %
TABLA 1:CARACTERÍSTICAS DEL BUTADIENO
Fuente: Ficha de datos de seguridad Reglamento (CE) Nº 1907/2006 (REACH) y
Reglamento CE N° 1272/2008-CLP
8. 1. Propiedades Del Butadieno
TABLA 2: PROPIEDADES GENERALES DEL BUTADIENO
Nombre químico 1,3-butadieno
Formula C4H6
Peso molecular (g/mol) 54.10
Numero en EINECS 204-618-0
Punto de ebullición, 101,3 kPa (1 atm) 59.4 ºC
Punto de Fusión, 101,3 k Pa (1 atm) 130°C
Presión de vapor, 20ºC (68 ºF) 23.2 kPa
Densidad relativa de vapor (aire=1) 3.1
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a 20°C
(aire=1)
1.5
Temperatura de Auto ignición 414°C
Gravedad Especifica 0.621-20/4 °C
Temperatura Critica 152°C
Fuente: (Pemex petroquimica, 2006)
9. 1. Oxigeno:
(Oasa, s.f.) El Oxigeno es el elemento más abundante en la tierra. En su forma combinada constituye una
quinta parte del aire, mezclado con el Hidrogeno forma el agua. Debido a su propiedad de sustentar la
vida y de su característica de ser fuertemente oxidante.
Se emplea principalmente en soldadura autógena y corte, enriquecimiento de flamas, mezclas de
soldadura, tratamiento de aguas.
Según (Torres, s.f.) el oxígeno es un gas incoloro, sinsabor e inoloro, es 1.1 veces más pesado que el
aire. Este se extrae del aire, así como el Argón y Nitrógeno, por ello son conocidos como gases del aire.
1. Propiedades Del Oxigeno:
TABLA 4: PROPIEDADES GENERALES DEL OXIGENO
10. Nombre químico OXIGENO
Peso molecular (g/mol) 31.9988
Numero-CAS 7782-44-7
Punto de ebullición, 101,3 kPa (1 atm) -183°C
Punto de Fusión, 101,3 k Pa (1 atm) -219°C
Temperatura Critica .11806 °C
Presión de vapor, 20ºC (68 ºF) NO ES APLICABLE
Presión critica 731.4 psia
Densidad relativa de vapor (aire=1) 0.827
Densidad relativa de la mezcla vapor/aire
a 20°C (aire=1)
1.1
Densidad (21.1°C) Kg/m3 1.4289
Solubilidad (mg/l) 39
Gravedad Especifica 0.621-20/4 °C
Temperatura Critica 152°C
Fuente: (Praxair, 2015)
11. 1. PROCESOS DE PRODUCCION DE BUTADIENO
A) Se obtiene principalmente a partir de los gases del petróleo según
diferentes procesos.
B) El más utilizado en la actualidad, se fundamenta en la deshidrogenación catalítica
del butano o del butileno. En el caso de emplear butano se deshidrogena primero a
butileno y después a butadieno.
Paso 1
Paso
𝐶4𝐻8 → 𝐶𝐻2 = 𝐶𝐻 − 𝐶𝐻 = 𝐶𝐻2 +𝐻2
𝐶4𝐻10 → 𝐶4𝐻8 +𝐻2
12. C)es posible también, obtener butadieno a partir de alcohol etílico por
medio de la conversión catalítica:
𝐶2𝐻5𝑂𝐻
𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟
𝐶2𝐻5 = 𝐶𝐻 − 𝐶𝐻2 + 𝐻2𝑂 +𝐻2
𝐻3𝐶 − 𝐶𝐻 𝑂𝐻 − 𝐶𝐻2 − 𝐶𝐻2𝑂𝐻
−2𝐻2𝑂
𝐻2𝐶 = 𝐶𝐻 − 𝐶𝐻 = 𝐶𝐻2
1,3-Butanodiol Butadieno
13. D) el proceso europeo utiliza acetaldehído como materia prima, el cual forma aldol y
por hidrogenación se obtiene el 1,3-butileno glicol que por deshidratación da
butadieno.
E) El proceso americano fabrica butadieno partiendo de alcohol etílico. El alcohol se
oxida catalíticamente a acetaldehído, y éste reacciona en caliente con más alcohol en
presencia de un catalizador para formar el butadieno:
𝐶𝐻3𝐻𝑂 + 𝐶2𝐻5𝑂𝐻
𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟
𝐶𝐻2 = 𝐶𝐻 − 𝐶𝐻 = 𝐶𝐻2 + 𝐻2𝑂
𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑐𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟
𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2𝑂
14. F) El butadieno generalmente, es obtenido de los cortes de c4 mediante
extracción por solventes, una operación que es, a veces, facilitada por
una preliminar hidrogenación selectiva de los compuestos acetilénicos.
En un número de aplicaciones, el refinado en sí debe someterse a un tratamiento
similar para eliminarlo de las olefinas residuales. El corte inicial, pasa mediante
hidrogenación, puede también ser útil para el mismo propósito. (LUCIA, 2015)
G) para nuestro proceso utilizaremos el n-butano porque según la tabla en nuestro
país se produce en grandes cantidades lo que es la materia prima como el n-butano
en diferentes plantas.
15. 14.43 PRODUCCIÓN DE LÍQUIDOS DE GAS NATURAL, SEGÚN PLANTA
DE PROCESAMIENTO, 2007 - 2012
(Miles de Barriles)
Planta / Producto 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Total ##### ##### ##### ##### ##### #####
Gasolina Natural 6 264.1 6 864.9 10 829.6 12 061.0 12 055.1 12 540.2
Gas Licuado de Petróleo (GLP) 526.1 486.1 450.0 664.7 678.7 695.6
Propano / Butano 6 391.5 7 607.2 12 710.8 14 030.0 13 831.3 15 154.4
Diésel 2 1009.7 1606.9 3 429.7 - - -
Destilados Medios - - - 3 996.9 3 694.6 3 345.9
Solvente light 101.1 - - - - -
Otros 98.0 105.7 130.2 210.4 225.3 224.7
EEPSA/GMP 264.7 284.0 211.9 428.7 444.3 389.3
Gasolina Natural - - - - - -
Gas Licuado de Petróleo (GLP) 163.6 178.3 123.6 331.9 337.5 295.4
Propano / Butano - - - - - -
Solvente light 101.1 - - - - -
Otros - 105.7 88.3 96.8 106.8 93.9
Aguaytía ##### 976.0 972.3 913.8 898.4 978.1
Gasolina Natural 731.7 668.2 645.9 581.0 557.2 577.9
Gas Licuado de Petróleo (GLP) 362.5 307.7 326.5 332.8 341.1 400.2
Pluspetrol Perú Corporation ##### ##### ##### ##### ##### #####
Gasolina Natural 5 401.7 6 097.4 10 183.7 11480.0 11497.9 11962.3
Propano / Butano 5 984.4 7 305.8 12 406.6 13 701.0 13 515.0 14 820.0
Diésel 2 1009.7 1606.9 3 429.7 - - -
Destilados Medios - - - 3 996.9 3 694.6 3 345.9
Otros 98.0 - - - - -
Procesadora de Gas Pariñas 537.8 400.7 346.2 442.6 434.8 465.2
Gasolina Natural 130.6 99.3 - - - -
Propano / Butano 407.1 301.4 304.2 329.0 316.3 334.4
Otros - - 41.9 113.7 118.5 130.8
EEPSA / GM P: Empresa Eléctrica Piura S.A. / Graña y M ontero Petrolera.
Fuent e: M inist erio de Energí a y M inas - D irección General de Hidrocarburos.
16. (Herrera, 2016) Es un sistema que ha reemplazado a muchos procesos antiguos de producción de butadieno debido al
desarrollo de varios procesos y sistemas de catalizadores de oxideshidrogenación de cualquier n-butano o de n-buteno. El
1-buteno es mucho más reactivo y requiere condiciones de operación menos severas que la de n-butano siendo el empleo
de n-butano menos eficiente. Como recomendaciones en la oxideshidrogenación, una mezcla de n-butenos, aire y vapor
se hace pasar sobre un lecho de catalizador a baja presión y aproximadamente de 500- 600ºC. El calor de la reacción
exotérmica puede ser eliminado indirectamente mediante la circulación de sal fundida o por un método alternativo que
consiste en añadir vapor de agua a la alimentación (actuando como disipador de calor). En el proceso Oxo-D como se
observa en la Figura, una mezcla de aire, vapor y 1-buteno se hace pasar sobre el catalizador de deshidrogenación en un
proceso continuo.
Como parte final del proceso, el efluente del reactor se enfría y como en el sistema anterior, los componentes C4 se
recuperan en un absorbedor/desgasificador/stripper. El aceite como disolvente fluye desde los fondos del stripper y
regresa al absorbedor, aunque antes pasa través de una zona de purificación de disolvente. Para obtener la corriente de
butadieno final es necesario eliminar la cantidad de disolvente (aceite) por medio de un stripper y un sistema de
purificación para obtener la corriente final. El rango de rendimiento y selectividad puede variar entre 70-90%, lo que hace
innecesario recuperar o reciclar material de alimentación (la formación de CO2 como reacción secundaria puede producir
la pérdida de rendimiento del proceso.
17.
18. Tabla1.2. Entallpias y energía de Gibbs en formación, constantes de equilibrio y grado de
conversión a varias temperaturas para el ODH del n-butano.
OXIDESHIDROGENACION CATALYTICA:
Figura 1: Proceso de obtención del butadieno por medio de la
oxideshidrogenación catalítica del n- butano.
19. 1. Descripción del Problema:
El butadieno (C4H6) se obtiene por reacción de N-Butano(C2H4O) y el Oxigeno (O2). Las condiciones de las
corrientes de alimentación al sistema, se indican en la tabla N°5:
Tabla N°5: Condiciones de alimentación:
Nombre N-BUTANO AIRE
Temperatura(°C) 25°C 25°C
Presión 0.2 bar 1bar
Flujo Molar 165.11kmol/h 110.07kmol/h
N-BUTANO Fracción molar: 1,0 Fracción molar: 0,0
AIRE Fracción molar: 0,0 Fracción molar: 1,0
BUTADIENO Fracción molar: 0,0 Fracción molar: 0,0
Las corrientes de alimentación se mezclan previamente en un Mixer y la corriente resultante ingresa a un reactor tipo
FBR que funciona a una temperatura constante y con presencia de catalizador V-Mg-O para tener una alta selectividad
de modo que solo se considere en el estudio, la suma de las dos reacciones. Las dos reacciones se describen en la
Tabla N°6, ocurren en fase gaseosa, en el reactor se supone la caída de presión nula y mantiene un nivel de liquido de
85%.
TABLA N°6: Reacciones Quimicas y datos cinéticos.
𝐶4𝐻10 +
1
2
𝑂2 → 𝐶4𝐻8 + 𝐻2
𝑂
𝐶4𝐻8 +
1
2
𝑂2 → 𝐶4𝐻6 + 𝐻2
𝑂
( / )(1/ 1/ 0)
1
3
exp
30.83*10 / *
148.5 /
Ea R T T
r k
k mol Kg s
Ea KJ mol
Fuente: Tesis de Pregrado (Milne, 2008)
( / )(1/ 1/ 0)
1
3
exp
30.83*10 / *
148.5 /
Ea R T T
r k
k mol Kg s
Ea KJ mol
( / )(1/ 1/ 0)
1
3
exp
30.83*10 / *
148.5 /
Ea R T T
r k
k mol Kg s
Ea KJ mol
20. ESTUDIO DE MERCADO:
La materia prima básicamente para la producción del butadieno, es a partir del N-Butano. Actualmente, el país exporta cierta cantidad de
butanos, en volumen suficiente para la producción del Butadieno.
De acuerdo a estudios realizados en el año 2012, la producción de gas natural provenientes de los pozos de Camisea, están en incremento con
un crecimiento anual del 62%, se prevé que durante los años seguirá este crecimiento debido a la creciente demanda por el gas natural, por
ende, habrá mayor producción de líquidos del gas natural, lo que significa mayor cantidad de butano producidos.
- PROVEEDORES EXTERNOS:
La mayor parte de proveedores de butanos en el mundo se encuentran en los mercados de Europa, EEUU y Asia, de acuerdo a la Gas &
Oil el costo de butanos en los mercados mencionados se registran en :
Fuente: Estadística de Proveedores de Butano, Revista Gas & Oil.
21. - COMPETENCIA:
El sector de manufactura de Perú se encuentra la fabricación de productos de caucho y plásticos dentro de la cual
comprende la 251 de fabricación de caucho específicamente y las subdivisiones: 2511 de fabricación de cubiertas y
cámaras de caucho; recauchado y renovación de cubiertas de caucho y 259 de fabricación de otros productos de
caucho.Los productos incluidos en la fabricación de cubiertas y cámaras de caucho; recauchado y renovación de
cubiertas de caucho son: llantas y cámaras para vehículos comerciales y automóviles.
Según datos del Instituto Nacional de Estadística e Informática de Perú (INEI) la producción de llantas para autos y
camionetas es el producto que ha alcanzado mayores niveles de producción en periodos anteriores, un promedio de
alrededor dos millones de unidades mientras que las llantas para camión y llantas para tractor y fuera de carrera no
registran la producción para periodos anteriores.
PERU: Producción de Llantas 2006-2009
Unidades de: 200
6
200
7
200
8
200
9
Llantas (autos,
camionetas)
161
6.16
2
172
9.49
0
177
5.4
12
162
2.0
08
Llantas (camión) 125.
536
140.
143
-----
-----
----
-----
-----
--
Llantas (tractor y
fuera de carrera)
8.36
5
2.09
4
-----
-----
----
-----
-----
--
Fuente: Ministerio de la producción – Vice ministerio de industria
22. Las empresas peruanas importan Caucho Butadieno (BR) en formas primas de
los siguientes países.
PAIS TONELA
DAS
BRAZIL 374.228
GERMANY 161.924
ITALY 43.2
KOREA,
REPUBLIC
151.2
RUSSIAN
FEDERATIO
N
401.76
UNITED
STATES
1966.138
372
VIETNAM 16.91
TOTAL, 3115.360
372
Fuente: Aduanas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
IMPORTACION DEL CAUCHO BUTADIENO (BR)
Fuente: Aduanas
23. - CONSUMO NACIONAL DE CAUCHO BUTADIENO:
Principalmente es para la producción de llantas y productos afines, también es
usado para la producción de suelas de zapatos, industrias afines a los vehículos,
los principales importadores de Caucho butadieno son:
EMPRESAS TONELADAS
Laminados SAC. 723.31842
Indelet SAC. 96.89998
Comercial conte 305.535742
Innova andina SAC 168.81181
Lima Caucho S.A. 313.64233
Goodyear 1472.66475
KBR Ingenieros 17.57734
Segurindustria S.A. 16.91
TOTAL, 3115.36037
Fuente: Aduanas
Fuente: Aduanas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
CONSUMO DE BUTADIENO
24. III. DETERMINACION DE LA SELECTIVIDAD EN FUNCION DE LA CONVERSION.
Hallamos nuestra ecuación de selectividad basados en el paper de (Bhattacharyya, 1992), según
el grafico .Para determinar la ecuación de la selectividad en función de la conversión se tuvo de
referencia la tesis de (Pissani Solar Carmen, 2015) donde por medio del programa Excel se
obtiene:
TABLA N°7: Relación De Conversión Y Selectividad.
Conversión (S) Selectividad (x)
0.31 0.59
0.43 0.63
0.54 0.62
0.62 0.54
0.68 0.46
y = -3.4449x2 + 2.9775x + 0.0043
R² = 0.9863
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Selectividad (x)
Figura N°4: Grafica de la relación de conversión y selectividad.
25. Teniendo como resultado la siguiente ecuación:
Para nuestro proceso trabajaremos con una conversión
de 0.64 y una selectividad de 0.49
26. IV. BALANCE DE MATERIA GENERAL DE LOS PROCESOS:
(Pissani Solar Carmen, 2015), Las corrientes de alimentación entran por
corrientes diferentes a un reactor de tipo FBR ya que los reactores utilizan
catalizadores solidos (V-Mg-O).
La reacción química que tiene lugar es:
𝐶4𝐻10 +
1
2
𝑂2 → 𝐶4𝐻8 + 𝐻2𝑂
𝐶4𝐻8 +
1
2
𝑂2 → 𝐶4𝐻6 + 𝐻2𝑂
Se desea producir un total de 3115.36037 ton/año de Butadieno.
3115.36037 ∗
𝑡𝑜𝑛
𝑎ñ𝑜
∗
1𝑎ñ𝑜
355𝑑𝑖𝑎𝑠
∗
1𝑑𝑖𝑎
24ℎ
∗
1000𝑘𝑔
1𝑡𝑜𝑛
∗
1𝑙𝑏
0.4536𝑘𝑔
=
806.1125𝑙𝑏
ℎ
= 105𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/ℎ
27. 4.1. BALANCE DE MATERIA EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
(HORNOS):
1. HORNO 1 (H-101):
HORNO 1 (H-101)
TABLA N°8: Cuadro del balance de materia del Horno 1 (H-
101)
COMPUESTO ESTRAD
A
Lbmol/h
SALIDA
Lbmol/h
N-BUTANO 0.00 0.00
OXYGENO 110.07 110.07
BUTADIENO 0.00 0.00
AGUA 0.00 0.00
28. 4.2 BALANCE DE MATERIA EN EL MEZCLADOR:
N-Butano
Oxigeno
Mezcla
MIX - 100
Balance de materia:
EC (1):
Entrada Salida Generación Acumulacion
Consideraciones:
Estado estacionario (Acumulación = 0).
No existe reacción química (Generación =0).
Mezcla de fluidos líquidos incompresibles.
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝑂𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 + 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎
29. 𝐹𝐴𝑜 + 𝐹𝐵𝑜 = 𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 … … … … … … … … . . (2)
Siendo:
𝐹𝐴𝑜: N-Butano,165.11𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 /ℎ
𝐹𝐵𝑜: Oxigeno, 110.07𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 /ℎ
Cálculo de la corriente mezcla:
Reemplazando los valores anteriores en mezcla de
componentes [2]:
𝐹𝐴𝑜 + 𝐹𝐵𝑜 = 𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎
𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 275.18 𝑚𝑜 𝑙 ℎ
30. 4.3 BALANCE DE MATERIA EN EL REACTOR (R-101).
𝑪𝟒𝑯𝟏𝟎 + 𝑶𝟐 → 𝑪𝟒𝑯𝟔 + 𝟐𝑯𝟐𝑶 (𝒈𝒆𝒏𝒆𝒓𝒂𝒍)
VARIABLES.
Conversión(N-butano): X=0.64
Selectividad: S=0.4
Relación molar de alimentación:
𝐹𝐶4𝐻10
𝐹𝑂2
= 1.5
Diagrama de flujo
Purga
𝑃𝐻2𝑂
𝐹𝐶4𝐻10
𝐹𝑂2
PRODUCTO
𝑃𝐶4𝐻6
31. BALANCE EN FUNCION DE LA SELECTIVIDAD Y CANTIDAD DE PRODUCTO
PRODUCCION DE BUTADIENO:
𝑃𝐶4𝐻6
(CALCULADO EN BALANCE ANTERIORES)
𝑃𝐶4𝐻6
= 105.42 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/ℎ…………………(1)
• N-BUTANO CONSUMIDO: En función de la selectividad.
𝑆 =
𝑃𝐶4𝐻6
𝐹𝐶4𝐻10
+ 𝐹𝑂2
Se sabe que por estequiometria que los moles de 𝑂2 son iguales a los a los
moles de 𝐶4𝐻10 consumido entonces la ecuación (2).
Despejamos 𝐹𝐶4𝐻10
𝐹𝐶4𝐻10
=
𝑃𝐶4𝐻6
2(S)
… … … … . . (3)
32. TABLA N°7: Resumen de los cálculos en tablas
Lbmol/h
TABLA N°8: Resumen de los cálculos en tablas Lbmol/h
COMPONEN
TE
ALIMENTACION PRODUCTO PURGA
N-BUTANO OXIGENO
N-BUTANO 165.078 0 0 0
OXIGENO 0 110.052 0 0
BUTADIENO 0 0 105.42 0
AGUA 0 0 0 0
COMPONENT
E
Lbmol/h Lb/h
Entrada Cons/pro
d
SALIDA ENTRAD
A
Cons/prod SALIDA
N-BUTANO 165.11 -105.65 59.44 9574.524 -6127.7 3446.824
BUTADIENO 0 +105.66 105.66 0 5692.68 5692.68
AGUA 0 2(105.66) 211.32 0 3795.12 3795.12
OXIGENO 110.07 0 4.4 3521.664 -3380.3 140.864
273.13 380.82 13096.18
8
13085.48
3
34. TABLA N°9: Alimentación al Separador Flash Lbmol/h
COMPONENTE ENTRADA(lbmol/) Zi
BUTADIENO 95.79 0.0525
N-BUTANO 55.36 0.0906
AGUA 1.05 0.0009
OXIGENO 4.40 0.0042
2.1. Balance de materia en la columna de FLASH:
Asumiendo la separación de butadieno y agua (99.5%):
Componente ligero: H2O
Componente pesado: butadiene
COMPOSICIÓN EN EL TOPE:
𝑦𝐻20 = 0.995
𝑥𝐶4𝐻6
= 0.005
COMPOSICIÓN EN EL FONDO:
𝑦𝐻2𝑂 = 0.005
𝑥𝐶4𝐻6
= 0.995 (𝑝𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 99.5%)
36. TABLA N° 10. Resumen de balance de materia en torre de FLASHEO.
Especie i
mezcla
(kgmol/h
)
xi, fracción molar
en mezcla
producto
(kgmol/h
)
xi fracción
molar de
productos
Agua 50 0,05 17.31 0.005
BUTADIENO 950 0.95 363.53 0.995
Determinación de las temperaturas de alimentación, tope y fondo en la columna de
destilación:
TR = 50.8°F
P = 13
𝑇𝐸𝐵,𝐶4𝐻6
=
6022.18
20.2501 − 𝑙𝑛 𝑃𝐶4𝐻6
𝑠𝑎𝑡 − (−28.25
𝑇𝐸𝐵,𝐶4𝐻6
= 544.25 𝐾
𝑇𝐸𝐵,𝐻2𝑂 =
3816.44
18.3036 − 𝑙𝑛 𝑃𝐶4𝐻6
𝑠𝑎𝑡 − (−46.13
𝑇𝐸𝐵,𝐻2𝑂 = 402.31𝐾
37. Cálculo de las temperaturas en la primera columna de destilación:
Cálculo de la temperatura de burbuja o temperatura de alimentación (tf)
Asumimos una temperatura inicial de T=470 K.
Elaboramos el siguiente cuadro.
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 2.0556 0.1028
BUTADIENO(2) 0.995 0.1406 0.1336
0.2364
Calculamos los valores corregidos (*), hasta que yi = 1.
Si:
𝑦1
∗
=
𝑦1
𝑦𝑖
=
1.1028
0.2364
𝑦1
∗
= 0.4348
𝐾1
∗
=
𝑦1
∗
𝑥1
=
0.4348
0.05
𝐾1
∗
= 8.6965
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 𝐾1
∗
∗ 𝑃 = 8.6965 × 5320
38. 𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 46265.5578
𝑇∗
=
𝐵1
𝐴1−𝑙𝑛 𝑃1
𝑣𝑎𝑝∗ − 𝐶1 =
3816.44
18.3036−𝑙𝑛 46265.5578
− (−46.13)g
𝑇∗ = 550.854 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 8.6965 0.4348
Butadieno (2) 0.995 1.1589 1.1009
1.5358
𝑦1
∗
= 0.2831
𝐾1
∗
= 5.6627
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 30125.5298
𝑇∗
= 523.754 °𝐾
39. Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.05 5.6627 2.8313
Butadieno (2) 0.995 0.6171 0.5862
3.4176
𝑦1
∗
= 0.8285
𝐾1
∗
= 1.6569
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 8814.9220
𝑇∗
= 460.088 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.05 1.6569 0.8285
Butadieno (2) 0.995 0.1028 0.0977
Å 0.9262
40. 𝑦1
∗
= 0.8945
𝐾1
∗
= 1.7890
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 9517.6487
𝑇∗
= 463.560 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.05 1.7890 0.8945
Butadieno (2) 0.995 0.1149 0.1092
Å 1.0037
Por lo tanto:
𝑇𝐹 = 463.56 𝐾
Cálculo de la temperatura de burbuja o temperatura de fondo (tb):
Asumimos una temperatura inicial de T=500 K.
Elaboramos el siguiente cuadro:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 3.7274 0.0186
Butadieno (2) 0.995 0.3346 0.3330
0.3516
41. 𝑦1
∗
= 0.0530
𝐾1
∗
= 10.6016
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 56400.3562
𝑇∗ = 564.431 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 10.6016 0.0530
Butadieno (2) 0.995 1.5515 1.5438
1.5968
𝑦1
∗
= 0.0332
𝐾1
∗
= 6.6393
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 35321.0455
𝑇∗
= 533.458 °𝐾
42. Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 6.6393 0.0332
Butadieno (2) 0.995 0.7793 0.7754
0.8086
𝑦1
∗
= 0.0411
𝐾1
∗
= 8.2107
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 43680.8944
𝑇∗
= 547.045 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 8.2107 0.0411
Butadieno (2) 0.995 1.0649 1.0596
1.1006
𝑦1
∗
= 0.0373
𝐾1
∗
= 7.4601
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 39687.9432
𝑇∗
= 540.821 °𝐾
43. Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 7.4601 0.0373
Butadieno (2) 0.995 0.9249 0.9202
0.9575
𝑦1
∗
= 0.0390
𝐾1
∗
= 7.7909
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 41447.3941
𝑇∗
= 543.618 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 7.7909 0.0390
Butadieno (2) 0.995 0.9858 0.9808
1.0198
𝑦1
∗
= 0.0382
𝐾1
∗
= 7.6396
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 40642.7610
𝑇∗
= 542.350 °𝐾
44. Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 7.6396 0.0382
Butadieno (2) 0.995 0.9578 0.9530
0.9912
𝑦1
∗
= 0.0385
𝐾1
∗
= 7.7076
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 41004.6583
𝑇∗
= 542.923 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente xi Ki=Pi/P yi=xi Ki
Agua (1) 0.005 7.7076 0.0385
Butadieno (2) 0.995 0.9703 0.9655
1.0040
𝑇𝐵 = 542.923 °𝐾
Por lo tanto:
45. Cálculo de la temperatura de rocío o temperatura de tope (td):
Asumimos una temperatura inicial de T=400 K.
Elaboramos el siguiente cuadro:
Componente yi Ki=Pi/P xi=yi /Ki
Agua (1) 0.995 0.3463 2.8734
Butadieno (2) 0.005 0.0108 0.4632
3.3365
𝑥1
∗
= 0.8612
𝐾1
∗
= 1.1554
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 6146.6814
𝑇∗
= 444.509 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente yi Ki=Pi/P xi=yi /Ki
Agua (1) 0.995 1.1554 0.8612
Butadieno (2) 0.005 0.0610 0.0819
0.9431
46. 𝑥1
∗
= 0.9131
𝐾1
∗
= 1.0897
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 5797.0491
𝑇∗
= 442.088 °𝐾
Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente yi Ki=Pi/P xi=yi /Ki
Agua (1) 0.995 1.0897 0.9131
Butadieno (2) 0.005 0.0561 0.0892
1.0023
𝑥1
∗
= 0.9110
𝐾1
∗
= 1.0922
𝑃
1
𝑣𝑎𝑝∗
= 5810.3450
𝑇∗
= 273.15°𝐾
47. Con esta temperatura corregida, similarmente elaboramos el cuadro anterior:
Componente yi Ki=Pi/P xi=yi /Ki
Agua (1) 0.995 1.0922 0.9110
Butadieno (2) 0.005 0.0563 0.0889
0.9999
Por lo tanto:
𝑇𝐷 = 273.15°𝐾
48. 4.5. Balance de Materia en el Absobedor (T-102)
𝐿𝐵
𝑉𝑇
𝐿𝑇
𝑉𝐵
2.2. Datos Para La Columna De Absorción
𝑃 = 70.52𝑝𝑠𝑖
49. 2.3. Datos De Los Componentes.
TABLA N° 11. Datos de la alimentación al Absorbedor.
COMPONENTES 𝑣𝑖,𝐵 𝑦𝑖,𝐵
N-BUTANO 59.14 0.3479
BUTADIENO 105.42 0.6201
AGUA 1.04 0.0061
OXIGENO 4.4 0.0259
2.4. Balance De Materia
Calculo de la composición del gas pobre(tope)
TABLA N° 12. Datos la composición en las corrientes.
COMPONENTES 𝑣𝑖,𝐵 F abs Fdest 𝑣𝑖,
N-BUTANO 55.336 55.336 3.8040 0.2881
BUTADIENO 95.789 95.789 1.6313 0.7169
AGUA 1.04 1.04 0 0
OXIGENO 4.4 4.9 0 0
13.4353 1
Cantidad de solvente utilizado =100lbmol/h
50. TABLA N° 13. Datos la composición en las corrientes.
COMPONENTES 𝑣𝑖,𝐵 𝑥𝑖,𝐵 Compone
nte CCL
Compone
nte
CCP
N-BUTANO 55.336 0.0524 0 0
BUTADIENO 95.789 0.0906 0.993 0
AGUA 1.04 0.0009 0 0
OXIGENO 4.4 0.0042 0 0
ACRILONITRILO 100 0.8519 0 0.0043
1056.565 1 0.993 0.0043
54. Calculamos la volatilidad relativa promedio (prom), según la ecuación de James Gallagher:
𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝑡𝑜𝑝𝑒 ∗ 𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 = 19.4144 × 7.9433
𝑝𝑟𝑜𝑚 = 12.42
Cálculo del reflujo mínimo (rm):
Según la ecuación de Underwood, cuando la alimentación es un líquido saturado:
𝑅𝑚 =
1
𝑝𝑟𝑜𝑚 − 1
𝑥𝐷
𝑥𝐴
− 𝑝𝑟𝑜𝑚
1 − 𝑥𝐷
1 − 𝑥𝐴
Reemplazando la ecuación:
𝑅𝑚 =
1
12.42 − 1
0.995
0.05
− 12.42
1 − 0.995
1 − 0.05
𝑅𝑚 = 1.74
55. Cálculo del reflujo externo (r):
R = 1.5 × Rm = 1.5 × 1.74 = 2.61
Cálculo del número mínimo de platos (nm):
Según la ecuación de Fenske, tenemos:
𝑁𝑚 =
𝑙𝑛
𝑥𝐷
1 − 𝑥𝐷
×
1 − 𝑥𝑅
𝑥𝑅
𝑙𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑚
Reemplazando la ecuación:
𝑁𝑚 =
𝑙𝑛
0.995
1 − 0.995
×
1 − 0.005
0.005
𝑙𝑛 12.42
𝑁𝑚 = 4.20 = 4
Cálculo del número teórico de platos (nt):
Según la correlación de Guilliland, tenemos:
𝑁𝑇 − 𝑁𝑚
𝑁𝑇 − 1
= 0.75 × 1 −
𝑅 − 𝑅𝑚
𝑅 + 1
0.5688
56. Reemplazando las ecuaciones:
𝑁𝑇 − 4
𝑁𝑇 − 1
= 0.75 × 1 −
2.61 − 1.74
2.61 + 1
0.5688
𝑁𝑇 = 61.1
Cálculo del número de platos de equilibrio reales
(nr).
Sí:
𝑁𝑅 =
𝑁𝑇
𝑛
Y, la eficiencia global de la columna es:
n = 0.5
Reemplazando:
𝑁𝑅 =
61.4
0.5
𝑁𝑅 = 159.8 = 160 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠
57. V. BALANCE DE ENERGIA EN EL PROCESO (ESTADO ESTACIONARIO)
El balance de energía depende principalmente de calcular la capacidad calorífica de
cada componente presente en el sistema. La siguiente tabla sirve de referencia para
los próximos cálculos del balance energético de la planta.
5.1. Balance De Energía del Intercambiadores de calor (HORNOS).
5.1.1.HORNO 1 (H-101):
Tsalida
T ingreso
Balance de energía:
𝑄 = 𝑊
𝑠∆𝐻 = 𝐵∆𝐻𝐵
Ingresa al horno un flujo de 165.11 Lbmol/h:
𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 = 165.11
𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙𝐶4𝐻10
ℎ
58𝑘𝑔𝐶4𝐻10
1 𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙𝐶4𝐻10
= 9576.38
𝐿𝑏
ℎ
= 3890.18 𝐾 𝑔 ℎ
58. De tablas obtenemos los valores de ∆𝐻𝐵 y ∆𝐻:
∆𝐻 = 3100.
𝑘𝐽
𝑘𝑔
∆𝐻𝑁−𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂= −6814.8
𝑘𝐽
𝑘𝑔
∗
Reemplazamos en la ecuación para hallar el calor del rehervidor:
𝑄 = 𝑊
𝑠∆𝐻 = 𝐵∆𝐻𝐵
𝑊
𝑠(3100.9
𝑘𝐽
𝑘𝑔
) = (3890.18
𝑘𝑔
ℎ
)(−6814.8
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)
𝑊
𝑠 = 8549.38
𝑘𝑔
ℎ
𝑄 = 7159851.679
𝑘𝐽
ℎ
= 7.16 ×
106𝐾𝐽
ℎ
59. 1.1.1. HORNO 2 (H-102):
Tsalida
T ingreso
Balance de energía:
𝑄 = 𝑊
𝑠∆𝐻 = 𝐵∆𝐻𝐵
Ingresa al horno un flujo de 110.07 Lbmol/h:
𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 = 110.07
𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙𝑂4
ℎ
32𝑘𝑔𝑂2
1 𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙𝑂2
=
𝐿𝑏
ℎ
= 3522.24 𝐾 𝑔 ℎ
De tablas obtenemos los valores de ∆𝐻𝐵 y ∆𝐻:
∆𝐻 = 5200.
𝑘𝐽
𝑘𝑔
∆𝐻𝑂2= −1523
𝑘𝐽
𝑘𝑔
60. Reemplazamos en la ecuación para hallar el calor del rehervidor:
𝑄 = 𝑊
𝑠∆𝐻 = 𝐵∆𝐻𝐵
𝑊
𝑠(5200
𝑘𝐽
𝑘𝑔
) = (3522.24
𝑘𝑔
ℎ
)(1523
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)
𝑊
𝑠 = 1031.61
𝑘𝑔
ℎ
𝑄 = 103317.254
𝑘𝐽
ℎ
= 1.03 ×
106
𝐾𝐽
ℎ
5.2.Balance De Energía del Reactor (R-101).
)
𝐶4𝐻10 + 𝑂2 → 𝐶4𝐻6 + 2𝐻2𝑂 … … (𝐸𝑐. 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
Cuya entalpia de reacción es de: ∆𝐻°𝑅 = 110.2 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 de butadieno.
Refiriendo la entalpia de reacción a la cantidad de N-BUTANO consumido en lugar de referido a la
cantidad de BUTADIENO formado, se tiene que (∆𝐻°𝑅 = −126.2 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙) de N-BUTANO. A efectos de
cálculo, se considera que en dicho reactor es un proceso reactivo. Se considera el estándar de
temperatura en 25°C (298.15 K). También se consideran despreciable las variaciones de energía cinética
y potencial, y las perdidas caloríficas.
61. ∆𝐻 =
∆𝐻°𝑅∗𝑋∗𝐹𝑛
𝑣𝑚
+ 𝐻𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙,𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 + 𝐻𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙,𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 0 … … … (1)
Para poder realizar el balance energético del reactor, será necesario conocer la expresión que relacionen las
capacidades caloríficas a presión constante de tres componentes con la temperatura. Dicha expresión viene dada por la
ecuación:
𝐶𝑝 𝑇 = 𝑎 + 𝑏𝑇 + 𝑐𝑇2
+ 𝑑𝑇3 𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙°𝐶
donde la temperatura viene expresada en °C y los valores de a,b,c y d se expresan
en la siguiente tabla.
TABLA N° 14: Parámetros para la estimación de la capacidad calorífica.
Compuestos A B C D
N-BUTANO 9.487 3.313e-1 -1.108e-4 -2.822e-9
OXYGENO 2.811e+1 -3.680e-6 1.746e-5 -1.065e-8
BUTADIENO -1.687 3.419e-1 -2.340e-4 6.335e-8
AGUA 3.244 1.924e-3 1.055e-5 -3.596e-9
Para cada caso se estimará la capacidad calorífica de cada componente en cada intervalo de temperaturas como la media
aritmética de las capacidades caloríficas en dos extremos de intervalo. Se sabe que la temperatura de entrada al reactor debe
ser 250°C. Análogamente, las capacidades caloríficas de los componentes de la corriente de salida se estimaran como la
media entre la capacidad calorífica a la temperatura estándar, y el valor de la misma a una temperatura de 773K = 500°C =
62. TABLA 15: Valores de las capacidades calorífica promedio para los diversos componentes.
Cp (KJ/mol°C)
*10^2
N-BUTANO OXIGENO BUTADIENO AGUA
25°C – 620°C 5.2575 4.102 8.065 3.5940
25°C -931.73°C 6.1465 4.562 8.425 3.7280
Primero se realizará el balance energético del proceso reactivo. En este caso, la corriente de entrada estará constituida por e
reactivo N-BUTANO y el OXIGENO, mientras que la corriente de salida estará constituida por los componentes AGUA Y
BUTADIENO, productos de la reacción, así como por el N-BUTANO no reaccionado.
600.20°C
165.11 Lbmol/h C4H10
110.07 Lbmol/h O2
X=0.64
59.44 Lbmol/h C4H10
4.4 Lbmol/h O2
105.42 Lbmol/h C4H6
T=
63. Corriente de entrada al reactor:
𝐻𝑖,𝑒 = 𝐶𝑝 𝑖,𝑒 ∗ 𝑇 − 25
Donde las capacidades caloríficas se expresan en KJ/mol°C y las temperaturas en °C.
N-BUTANO:
𝐻𝑁−𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂,𝑒 = 5.2775 ∗ 10e − 2
kJ
𝑚𝑜𝑙°𝐶
∗ 600 − 25 °𝐶= 30.3456 KJ/mol.
OXIGENO:
𝐻𝑂𝑋𝐼𝐺𝐸𝑁𝑂𝑒 = 4.102e − 2
kJ
𝑚𝑜𝑙°𝐶
∗ 600 − 25 °𝐶= 23.5865 KJ/mol.
Entonces:
𝐻𝑖,𝑒 = 30.3456
KJ
mol
∗ 165.44
𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙
ℎ
+ 23.5865
𝐾𝐽
𝑚𝑜𝑙
∗ 110.07
𝐿𝑏𝑚𝑜𝑙
ℎ
𝐻𝑖,𝑒 = −1.3428 𝐾𝐽/ℎ
Corriente de la salida del Reactor:
𝐻𝑖,𝑠 = 𝐶𝑝 𝑖,𝑒 ∗ 𝑇 − 25
64. Donde las capacidades caloríficas se expresan en KJ/mol°C y las temperaturas en °C.
N-BUTANO: 𝐻𝑁−𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂,𝑠 = 6.1465 ∗ 10e − 2
kJ
𝑚𝑜𝑙°𝐶
∗ T − 25 °𝐶
OXIGENO: 𝐻𝑂𝑋𝐼𝐺𝐸𝑁𝑂,𝑠 = 4.562e − 2
kJ
𝑚𝑜𝑙°𝐶
∗ T − 25 °𝐶
BUTADIENO: 𝐻𝐵𝑈𝑇𝐴𝐷𝐼𝐸𝑁𝑂,𝑠 = 4.562e − 2
kJ
𝑚𝑜𝑙°𝐶
∗ T − 25 °𝐶
AGUA: 𝐻𝐴𝐺𝑈𝐴,𝑠 = 4.562e − 2
kJ
𝑚𝑜𝑙°𝐶
∗ T − 25 °𝐶
𝐻𝑖,𝑠
= (FN − butano ∗ HN − Butano + Hoxigeno ∗ Foxigeno + Fbutadieno ∗ Hbutadieno
+ Fagua ∗ Hagua)
𝐻𝑖,𝑠 = 62584 ∗ T − 25 KJ/h
Termino de reacción:
𝑅 =
∆𝐻°
𝑟 ∗ 𝑋 ∗ 𝐹𝑒
𝑣𝑚
… . . (2)
67. )
𝑄3 = 𝑤𝑠𝐶𝑃𝑅(𝑇2 − 𝑇𝑊𝑆
Nombre N-BUTANO OXIGENO BUTADIENO AGUA
Temperatura
(°F)
80 80
80 80
Presión(psia) 14.5 14.5 14.5 14.5
Flujo molar 59.44lbmol/h 4.4lbmol/h 105.42lbmol/h 211.32lbmol/h
Cálculos de los flujos de alimentación
TABLA 16: Flujo del componente a enfriar.
𝐹1 = 𝐹3
𝐹1 = 380.2344𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/ℎ
Calculo del flujo del componente a enfriar.
𝐹1,𝑎𝑔𝑢𝑎 = 210.83𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/ℎ
Calculo de energía tesis.
∆𝐻𝐻2𝑂= 3416.77𝐽/𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙°𝑐
Temperatura de salida del refrigerante.
𝑇𝑊𝑆 = 80°𝐹
68. Con los datos obtenidos calculamos cada uno de los
calores.
𝑄1 = −201960.7464𝑘𝑗/ℎ
𝑄2 = −3888331.239𝑘𝑗/ℎ
𝑄3 = −11867.1156𝑘𝑗/ℎ
𝑄𝑇 = −1.44 ∗ 107𝐾𝐽/ℎ
Calculo del flujo refrigerante.
𝑊𝑆 =
𝑄𝑇
𝐶𝑅𝑃(𝑇𝑊𝑆 − 𝑇𝑊𝑅)
𝑊𝑆 =
−1.44 ∗ 107𝑗/ℎ
34160.77𝑥(30 − 10)
𝑊𝑆 = 6004.1958𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/ℎ
69. 5.4. COLUMNA DE SEPARACION FLASH (T-101)
La importancia de emplear la columna de separar el Agua de nuestro producto el BUTADIENO.
REHERVIDOR Qr
Q
CONDENSADOR Qc
La ecuación fundamental del balance de energía para el separador de Flasheo es:
𝐸𝐾 + 𝐸𝑝 + 𝑈 = 𝑄 + 𝑊
Donde: 𝑄 = ∆𝐻 = 𝑛𝑠𝐻𝑠 − 𝑛𝑒𝐻𝑠
Y: 𝐻1 = 𝑛𝑖1𝐻𝑖1 + 𝑛𝑖2𝐻𝑖2 + 𝑛𝑖3𝐻𝑖3 + 𝑛𝑖4𝐻𝑖4
Donde: 𝐻𝑖 = 𝑇(𝑟𝑒𝑓)
𝑇
𝐶𝑝 𝑖 𝑑𝑇 + 𝑉 ∗ ∆𝑃
70. Además:
1= N-BUTANO ; 2= OXIGENO ; 3= BUTADIENO ; 4= AGUA
Balance de energía global en la columna:
𝑄 = 𝑄𝑐 + 𝑄𝑟
Donde Q= -22.81 *10^6 KJ/mol
TABLA 17: Flujo molar del balance de masa y entalpia (25°C, 1 atm).
Compone
nte
Alimentación
(Lbmol/h) (F) (C,bar)
Fondo (Lbmol/h) (L),
(C,bar)
Destilado
(Lbmol/h) (D)(C,
bar)
ni Hi ni Hi ni Hi
N-
BUTANO
54.44 0.08 59.32
OXIGENO 4.4 2.87*10^-
07
4.38
BUTADIE
NO
105.42 0.1317 105.5
AGUA 211.32 208.94 2.44
71. 𝑄𝑐 = 𝐻𝑑 + 𝐻𝑙 − 𝐻𝑣
Calculo de entalpia en el fondo (HL)
Para Hd: T= 50.80 F = 10°C y P= 13 PSI.
𝐻𝑙 = 𝑛1𝐿 ∗ 𝐻1𝐿 + 𝑛2𝐿𝐻2𝐿 + 𝑛3𝐿𝐻3𝐿 + 𝑛4𝐿𝐻4𝐿
La entalpia de cada componente se calcula con los calores específicos.
𝐻𝐿 𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 =
25
10
𝐶𝑝 𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 𝑑𝑇 + 𝑉 + ∆𝑃
=
25
10
9.487 + 3.313 ∗ 10^ − 3𝑇𝑑𝑇 + + 10.3 − 1 1.263 3.244.4256 𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙
𝐻𝐿 𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 = 4.2654 KJ/mol
𝐻𝐿 𝑂𝑋𝐼𝐺𝐸𝑁𝑂 =
25
10
𝐶𝑝 𝑂𝑋𝐼𝐺𝐸𝑁𝑂 𝑑𝑇 + 𝑉 + ∆𝑃
=
25
10
2.811𝑒 + 1 ± 3.680𝑒 ∓ 6𝑇𝑑𝑇 + + 10.3 − 1 1.263 1825.8765 𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙
𝐻𝐿 𝑂𝑋𝐼𝐺𝐸𝑁𝑂 = 2.3654 KJ/mol
72. HLBUTADIENO= 2510CpBUTADIENOdT+V+∆P
= 2510-1.687+0.3419TdT++10.3-1(1856.789)Kj/mol
HLBUTADIENO=3.1567 KJ/mol
HLAGUA= 2510CpAGUAdT+V+∆P
= 251075.4*10e-3T+10.3-1(1825.8765)Kj/mol
HLAGUA=8.564 KJ/mol
Entonces reemplazamos:
Hl=0.08*4.26564+2.87*10e-07*2.3654+0.1317*3.1465+208.94*8.564
Hl=2384.078 KJ/h
Calculo de la entalpia de destilado:
Para Hd= T= 50.80F = 10°C y P=13 PSI.
𝐻𝑑 = 𝑛1𝐷 ∗ 𝐻1𝐷 + 𝑛2𝐷𝐻2𝐷 + 𝑛3𝐷𝐻3𝐷 + 𝑛4𝐷𝐻4𝐷
La entalpia de cada componente se calcula con los calores
específicos.
𝐻𝐷 𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 = 25
10
𝐶𝑝 𝑁 − 𝐵𝑈𝑇𝐴𝑁𝑂 𝑑𝑇 + 𝑉 + ∆𝑃 + ∆𝐻𝑣
