Este documento describe la simulación de la producción de propilenglicol a partir del óxido de propileno en un reactor CSTR usando el programa HYSYS. Se realizaron balances de materia y energía en el mezclador y reactor para determinar los flujos molares. Los resultados del método convencional y la simulación mostraron una diferencia menor al 0.15%. La simulación permitió analizar la variación de la carga de enfriamiento del reactor con la velocidad de producción y temperatura.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO DE LA PRODUCCIÓN
DE PROPILENGLICOL A PARTIR DEL OXIDO DE PROPILENO EN
UN REACTOR DE TIPO CSTR CON EL PROGRAMA HYSYS
CÁTEDRA : ANALISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS
CATEDRÁTICO : Ing. PASCUAL GUEVARA YANQUI
INTEGRANTE : MEZA FABIAN, Gabriela
SEMESTRE : IX-Industrial

2. OBJETIVO GENERAL
Simular en estado estacionario la
producción de propilenglicol a partir del
óxido de propileno en un reactor tipo
CSTR con el simulador HYSYS V.8

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Realizar el balance de materia para la obtención del propilenglicol a partir del óxido
de propileno y del agua en el mezclador y reactor tipo CSTR.
 Realizar el balance de energía para la obtención del propilenglicol a partir del óxido
de propileno y del agua en el mezclador y en el reactor tipo CSTR.
 Elaborar el diagrama de flujo del proceso de producción del Propilenglicol.
 Elaborar el diagrama de bloque del proceso de producción del Propilenglicol.
 Simular el proceso de obtención del Propilen-Glicol en estado estacionario con
ASPEN HYSYS.
 Comparar los resultados obtenidos por el método convencional y el simulado en
Aspen HYSYS del balance de materia en el mezclador y en el reactor tipo CSTR.
 Comparar los resultados obtenidos por el método convencional y el simulado en
Aspen HYSYS del balance de energía en el reactor tipo CSTR.
 Elaborar el cuadro comparativo de resultados obtenidos por método
convencional y la simulación en ASPEN HYSYS.

4. PROPILENGLICOL
El propilenglicol es un líquido incoloro, soluble
en agua, higroscópico, con un olor específico
de glicoles, de viscosidad media, de baja
presión de vapor y de baja toxicidad. El
propilenglicol industrial tiene uso en numerosas
industrias y tiene una amplia gama de
aplicaciones prácticas.

5. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
Nombre químico 1,2-propanediol
Formula CH3-CH(OH)-CH2OH
;C3H8O2
Peso molecular (g/mol) 76
Punto de ebullición 101.3kPa(1atm) 187.4ºC(369ºF)
Viscosidad 25ºC (77ºF) 48.6 centipoise (mPa.s)
Temperatura de autoignición 371 ºC (700ºF)
Fuente: www.pintaluba.com – Andrés Pintaluba .S.A.

6. REACTOR CSTR
Un reactor CSTR es un tanque en
el cual la masa reaccionante es
continuamente agitada de tal
manera que se considera como
una mezcla completa y, por lo
tanto, se asume que sus
propiedades son uniformes en
todo el interior del reactor.

7. MODELOS DE COEFICIENTES DE
ACTIVIDAD O DE ENTALPÍA LIBRE
DE EXCESO
Describen la dependencia de
las propiedades de una
mezcla respecto a la
composición a partir del
concepto de composición
local, que se introduce para
tener en cuenta la distribución
no aleatoria de las moléculas
en el líquido.

8. Ecuación UNIQUAC (Universal
Quasi-Chemical Theory)
La ecuación UNIQUAC es
aplicable a una gran variedad
de mezclas líquidas, incluyendo
las parcialmente miscibles. Sus
principales ventajas son, en
primer lugar su relativa
simplicidad, y en segundo lugar,
su gran rango de aplicación.

9. APLICACIÓN DEL PROPILENGLICOL
El propilenglicol industrial se utiliza en una
amplia gama de productos, incluyendo
diversos productos básicos tales como resinas
de poliéster, refrigerantes para motores,
pinturas de látex, fluidos de transferencia de
calor y compuestos antihielo. Asimismo, se
aplica en limpiadores líquidos, lubricantes,
plastificantes y aditivos para el triturado de
cemento.

11. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Propilen glicol (C3H8O2) se obtiene por reacción del Oxido de Propileno (C3H6O) y agua (H2O).
Las condiciones de las corrientes de alimentación al sistema, se indican en la Tabla 3.
Tabla 3
Condiciones de alimentación PDF P-G
Nombre Óxido de
Propileno
Agua
Temperatura (ºF) 75 75
Presión 1,1 atm 16,16 psi
Flujo molar 150 lb mol/h
Óxido de propileno Fracción molar: 1,0 Flujo másico: 0,0 lb/h
Agua Fracción molar: 0,0 Flujo másico: 11000,0
lb/h
Propilen glicol Fracción molar: 0,0 Flujo másico: 0,0 lb/h
Fuente: Universidad tecnológica nacional – Facultad regional rosario (Simulación Dinámica
con HYSYS: Caso de una Planta de Propilen glicol).

12. Las corrientes de alimentación se mezclan
previamente en un Mixer y la corriente resultante
ingresa a un reactor tanque agitado continuo que
funciona a temperatura constante y presión
atmosférica. La reacción, que se describe en Tabla 4,
ocurre en fase líquida. El reactor tiene un volumen de
280 ft3, se supones caída de presión nula y mantiene
un nivel de líquido de 85 %.
OHC
RT
Cexr 63
00032
13
107,1





 


13. BALANCE DE MATERIA -
ESTACIONARIO
BALANCE DE MATERIA EN EL MEZCLADOR
(1)
Consideraciones:
 Estado estacionario (Acumulación = 0).
 No existe reacción química (Generación =0)
 Mezcla de fluidos líquidos incompresibles.
Entrada = Salida
A + B = F (2)
nAcumulacióGeneraciónSalidaEntrada 

14.  CÁLCULO DE LA CORRIENTE A:
De la Tabla 3:
A = 150 lbmol /h
 CÁLCULO DE LA CORRIENTE B:
De la Tabla 3:
 CÁLCULO DE LA CORRIENTE F:
Reemplazando los valores anteriores en (2):
Tabla 5. Tabla de resultados del balance de materia en el mezclador.
hlbmolF /111.761111.611150 
COMPONENTE
A ,
lbmol/
h
B ,
lbmol/h
F ,
lbmol/h
xi, fracción
molar en F
Oxido de Propileno 150 0 150 0,1971
Agua 0 611.111 611.111 0,8029

15. BALANCE DE MATERIA EN EL REACTOR CSTR
Donde:
V: Corriente de Venteo
P: Corriente Producto
(3)
Consideraciones:
• Estado estacionario (Acumulación = 0).
• La reacción ocurre en la fase líquida.
• La presión de operación es la atmosférica (14,7 psia)
y a una temperatura constante de 140 ºF
(isotérmico).
nAcumulacióGeneraciónSalidaEntrada 

17. (6)

20.  
 
 
h
lbmol
P
h
lbmol
XFFF
h
lbmol
XFFF
h
lbmol
XFFF
AACicolpropelingl
AABagua
AAApropilenodeóxido
901.61621.144901.46679.5
210.1449614,01500
901.4669614,0150111.611
790.59614,0150150
00
00
00




CÁLCULO DE LOS FLUJOS MOLARES DE LOS
PRODUCTOS DE REACCIÓN

21. Tabla 6. Tabla de resultados del balance de materia en el
reactor
Especie i
F ,
lbmol/
h
xi,
fracción
molar en
F
P ,
lbmol/
h
xi,
fracción
molar en
P
Oxido de
Propileno
150 0,197 5.790 0,009
Agua 611.11
1
0,803 466.90
1
0,757
Propilen glicol 0 0 144.21
0
0,234

22. BALANCE DE ENERGIA - ESTACIONARIO
 BALANCE DE ENERGÍA EN EL MEZCLADOR

23. Tabla 7
Condiciones físicas de la mezcla a la salida del
mezclador
Parámetros Corriente A Corriente B Corriente F
Temperatura, ºF 75 75 75
Presión, psia 16,16 16,16 16,16
Flujo molar, lbmol/h 150 611.111 761.111
Fracción molar de
vapor
0 0 0

24.  BALANCE DE ENERGÍA DEL REACTOR CSTR

25.  BALANCE DE ENERGÍA EN EL REACTOR CSTR
 CÁLCULO DE LAS CAPACIDADES ESPECÍFICAS
  AARx
n
i
T
T ii
oo
XFTHdTCpFWQ
i
0
1
0
0
 
Flbmol
BTU
Cp
Flbmol
BTU
Cp
Flbmol
BTU
Cp
icolpropilengl
propilenodeóxido
agua
.º
46
.º
35
.º
18



lbmol
BTU
H
lbmol
BTU
H
lbmol
BTU
H
o
ficolpropilengl
o
fpropilenodeóxido
o
fagua
000226
60066
000123
,
,
,




30. FLOWSHEET OBTENIDO POR HYSYS

31. TABLASCOMPARATIVASENTRELOSRESULTADOSDELCÁLCULO
CONVENCIONALYLOSOBTENIDOSCONELSIMULADORHYSYS

33. CONCLUSIONES
 Se realizó el balance de materia para la obtención del propilenglicol a partir del óxido de
propileno y del agua en el mezclador y reactor tipo CSTR. De la cual se obtuvo una
mezcla de 761.11 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙/ℎ a una temperatura de 140°F
 Se realizó el balance de energía para la obtención del propilenglicol a partir del óxido de
propileno y del agua en el mezclador y en el reactor tipo CSTR. De la cual se obtuvo un
flujo calorífico de -4.265x106 BTU/h a una temperatura de 140°F.
 Se elaboró el diagrama de flujo del proceso de producción del Propilenglicol.
 Se elaboró el diagrama de bloque del proceso de producción del Propilenglicol.
 Se Simulo el proceso de obtención del Propilen-Glicol en estado estacionario con
ASPEN HYSYS.
 De los resultados obtenidos del cálculo convencional y en el simulado con el programa
Aspen HYSYS v8 del balance de materia para la mezcla, realizando la comparación se
obtuvo una diferencia porcentual de 0.15%

34.  De los resultados obtenidos del cálculo convencional y simulado con el
programa Aspen HYSYS v8, para el balance de energía en el reactor se
obtuvo una diferencia porcentual de 7.28%
 Se comparó los resultados de la simulación del reactor CSTR en base al
modelo UNIQUAC, siendo para el producto: 614.9 lbmol/hr. Mientras que
para el método convencional tenemos 616.9 lbmol/hr obteniendo una
diferencia porcentual de resultados de 0.08%
 Se simuló el comportamiento estacionario en la producción de Propilen-
Glicol para una temperatura de 140°F
 Se obtuvo el diagrama de la simulación para el análisis de la variación de la
carga de enfriamiento al reactor con la velocidad de producción del Propilen-
Glicol con la temperatura del reactor cuando asume diferentes temperaturas
desde 125°F hasta 180°F gracias a la aplicación del Databook en el programa
Aspen Hysys.

35. Método
Convencional
Simulador
HYSYS v8
Error %
Oxido de propileno (lb mol/h) 150 150 0.00
Agua (lb mol/h) 611.111 610.6 0.08
Mezcla (lb mol/h) 761.111 760 0.15
Venteo (lb mol/h) 0 0 0.00
Producto (lb mol/h) 616.9 616.4 0.08