Balances de energía

Balances de materia

Consideraciones generales

Teniendo en cuenta estos datos que se han encontrado en la bibliografía (tesis BANAT pág. 28-33):

- Conversión de entrada de los reactivos 100%.

-100% de solubilidad de TPA en EG.

- Las reacciones secundarias no se tendrán en cuenta para los balances de materia.

- La relación molar optima en un proceso continuo de este tipo entre el EG y el TPA varía entre 1.1-1.3.

Capacidad de producción

Ha de considerarse cierta cantidad de PET a producir antes de comenzar a hacer los cálculos y balances de materia y energía para cada equipo individualmente.

En este proyecto se propone una planta para la producción de 5000 Tm/año de PET listo para su distribución y venta, tal y como se expuso en el estudio de mercado.

La formula molecular del PET que se quiere producir es (C10H8O4)n, donde n son las unidades repetidas de PET. Para este proyecto, el grado de polimerización 125.

Para n=1, el peso molecular del PET es 192 g/mol

Para n= 125

125 x 192= 240000 g/mol

En una primera aproximación, la cantidad de reactivo necesaria teniendo en cuenta la producción de una cantidad fija (5000 toneladas por año de PET) se puede calcular si la planta funciona 350 días al año y durante 24 horas.

5000Taño x 1000Kg

1T 1año350d í as x 1d í a

24h x 1000g1 Kg x 1mol

24000g x 1Kmol1000moles = 0.026 Kmol/h PET

2. Necesidades de materias primas

Para la preparación del la pasta, tanto el PTA (acido tereftálico) como el EG se alimentan a un tanque de agitación permanente.

Mediante estequiometría, al ser una estequiometría del tipo 1:1, se necesitan un mol de TPA y EG en exceso para producir 1 mol de PET. Por lo tanto, se va a proceder al cálculo de las materias primas de la siguiente forma:

Sabiendo que los pesos moleculares son los siguientes:

PM PET = 240000 g/mol

PM TPA = 166.13 g/mol

Se necesitarán 0.026 Kmol/h de TPA (4.32 Kg/h) para producir 0.026 Kmol/ PET

Como la relación molar EG con respecto a PTA se va a fijar en 1.2, ya que se considera la relación optima:

EGTPA = 1.2

Por lo tanto:

EG

0.026 = 1.2

EG = 0.0312 Kmol/h EG (1.94 Kg/h)

El porcentaje en peso para esta etapa sería: 70% en peso de TPA y 30 % en peso de EG.

Balances de energía

Consideraciones generales

Los balances de energía se harán en base molar, usando entalpias molares y capacidades caloríficas molares.

En los procesos químicos de este tipo, la energía cinética y potencial son generalmente muy bajos en comparación con los términos de calor y trabajo, por lo que pueden no considerarse.

Los equipos que forman la planta trabajan a presión constante y no generan trabajo, ocurriendo solamente el cambio en las temperaturas de las corrientes. Por lo tanto, el balance de energía que se aplicará a cada equipo vendrá dado por la siguiente expresión:

H 2−H 1=Q

Q, que es el calor, engloba tanto el calor generado como el calor aplicado al sistema de forma externa. Esta ecuación permite calcular, conociendo las temperaturas de trabajo y el calor liberado o consumido en los procesos, el consumo energético de cada equipo:

Qe=H 2−H 1±Qs

Se aplicará este balance a aquellos equipos en los que ocurra un intercambio de energía entre las corrientes debido a tres motivos: a que las corrientes entran a diferentes temperaturas, a que se produce aporte o retirada de energía desde el exterior y/o a que se produce una reacción exotérmica o endotérmica. Para el resto de equipos en los que no se den los motivos anteriores, no será preciso aplicar el balance energético ya que se ha supuesto que los equipos están bien aislados y no se producen pérdidas energéticas.

Para poder calcular la entalpía específica de cada una de las corrientes compuestas por más de un componente, se procederá mediante la siguiente forma:

H= ∑ xi∗Hi

Donde;xi es la fracción másica de la sustancia i en la corriente correspondiente.Hi es la entalpia correspondiente a la sustancia i.

Para el cálculo de la entalpía de los componentes puros a la temperatura T, se usará la siguiente ecuación:

Hi,T = H i, TR +∫TR

T

CpdT

El estado de referencia que se emplea es a una temperatura de 0ºC y estados de agregación estándar.

Se describe también el método de cálculo empleado para la determinación de los parámetros necesarios:

Determinación de la capacidad calorífica

La capacidad calorífica es la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de un objeto o una sustancia lo que sería un grado centígrado.

Las ecuaciones básicas usadas para calcular de las capacidades caloríficas son:

-Para líquidos

Cp=A+B∗T+C∗T2+D∗T3+E∗T 4

-Para gases

Cp = A+B* (C /T

Senh CT

)2+ D* (

ET

cosh ET

)2

En los casos en que se ha dispuesto de datos, la capacidad calorífica ha sido empleada mediante su expresión en función de la temperatura, que habitualmente toma la forma de las expresiones empíricas que se han citado anteriormente.

Cuando este método no ha sido posible debido a la ausencia de datos, se ha empleado la capacidad calorífica media para los compuestos, hallada en bibliografía para una temperatura de 25ºC.

En último lugar, cuando ninguno de los métodos anteriores ha sido posible realizarse, se ha hecho uso de una estimación basada en la composición atómica de las sustancias.

Volviendo a la ecuación para calcular la capacidad calorífica, los valores de A, B, C, D y E se obtuvieron a partir de distintas fuentes incluyendo Chemcad para líquidos y gases excepto el polímero (PET). La capacidad calorífica del PET, según http://www.goodfellow.com/E/Polyethylene-terephthalate.html , se ha fijado en 2,448 x 10² KJ/Kmol K.

Tabla 1 Valores de A, B, C, D y E para calcular Cp

http://www.goodfellow.com/E/Polyethylene-terephthalate.html

Calor de vaporización

La entalpia de vaporización, (símbolo ΔvH), también conocida como el calor de vaporización o calor de evaporación, es la energía requerida para transformar una determinada cantidad de sustancia en gas.

Se mide a menudo en el punto normal de ebullición de una sustancia, aunque los valores tabulados son usualmente corregidos a 298k: la corrección es pequeña, y es a menudo más pequeña que la incertitud en el valor medido.

Usando esta fórmula:

H=H la×(1− TH lb )

Todos los datos del calor de vaporización fueron calculados en su punto de ebullición.

Tabla 2 Valor de Hla y Hlb tabulados para el EG y el agua en estado vapor

Compuesto Hla Hlb H (KJ/Kmol)

Etilenglicol 1.95E+04 6.45E+02 4.97E+04

Agua 1.35E+04 6.47E+02 4.08E+04

- La temperatura de referencia que se ha considerado es 25°C (298,15K)

-Las capacidades caloríficas para el vapor saturado son calculadas añadiendo capacidades caloríficas del líquido, el calor latente de vaporización y las capacidades caloríficas a una temperatura particular.

-Se puede calcular H usando la siguiente ecuación:

H=CpT×T−Cp25×298.15

Temperatura de operación en cada una de las etapas

Estos datos de temperatura en cada corriente de entrada y salida se han recopilado gracias a los datos que aparecían en la bibliografía, las temperaturas variaban entre unas y otros pero las variaciones no eran muy altas.

Compuesto o Etapa Temperatura(°C) Temperatura (K)

Esterificación 258 531,15Prepolimerización 270 543,15

Polimerización 280 553,15Referencia 25 298,15

T ebullición EG 197,6 470,75t ebullición Agua 100 373,15

Tanque mezcla PTA que entra 30 303,15EG que entra 62 335,15

Pasta que sale 50 323,15 Esterificación

EG refinado 100 373,15 Columna de destilación

Alimentación Liquido 40 313,15Alimentación Vapor 258 531,15

Reflujo 70 343,15Destilado 100 373,15Residuo 180 453,15

Condensador del prepolimerizador Q reciclado 40 313,15

Q condensado 95 368,15Q no condensado 210 483,15

Condensador del polimerizador Q reciclado 33 306,15

Q condensado 150 423,15Q no condensado 210 483,15

Con estas aclaraciones y datos dados, se pueden realizar a partir de ahora los balances de energía a los equipos

TANQUE MEZCLA

ENTRADA

Etilenglicol

Sabiendo que la temperatura a la entrada es 335,15 K y que entran 3,112 Kmol/h:

Cp=3,55∗10 4+4,36∗102∗335,15−1,84∗10−1∗335,152

1000=1,61∗10²KJ /Kmol k

H=1,61∗10²∗335,15−1,49∗10²∗298,15=9,535∗103KJ /Kmol

Q=9,535∗103∗3,112=2,9673∗103 KJ /h

Acido tereftálico puro

Sabiendo que la temperatura a la entrada es 303,15 K y que entran 2,593 Kmol/h:

Cp= (-2, 6*104+ 6, 34*10²*303, 15)/1000= 1, 66*10² KJ/Kmol K

H= 1, 66*10²*303, 15- 1, 63*10²*298, 15= 1,724*103 KJ/Kmol

Q=1,724*103 *2,593= 4, 47*103 KJ/h

Q total entrada= 2, 9673*103+ 4, 47*103= 7,437*103 KJ/h

SALIDA

- Hacia el reactor de esterificación-

Etilenglicol

Sabiendo que la temperatura a la salida es 323,15 K y que salen 3,112 Kmol/h:

Cp= (3,55*104 +4,36*102*323,15 -1,84*10-1 *323,15²)/1000= 1,57*10² KJ/Kmol K

H= 1,57*10²*323,15-1,49*10²*298,15= 6,31*103 KJ/Kmol

Q=6,31*103 *3,112 = 1,9637*104 KJ/h


Sabiendo que la temperatura a la salida es 323,15 K y que salen 2,593 Kmol/h:

Cp= (-2, 6*104+ 6, 34*10²*323, 15)/1000= 1, 79*10² KJ/Kmol K

H= 1, 79*10²*323, 15- 1, 63*10²*298, 15= 9,245*103 KJ/Kmol

Q=9,245*103 *2,593= 2, 3972*104 KJ/h

Q total salida= 1 ,9637*104 +2, 3972*104 = 4,3609*104 KJ/h

REACTOR DE ESTERIFICACION

ENTRADA

Q salida del tanque mezcla: 4,3609 x 104KJ/h

Etilenglicol refinado

Sabiendo que la temperatura a la entrada es de 373,15 K y que entran 1,556 Kmol/h:

Cp= (3,55*104 +4,36*102*373,15 -1,84*10-1 *373,15²)/1000= 1,726*10² KJ/Kmol K

H= 1,726*10²*373,15-1,49*10²*298,15= 1,99813*104 KJ/Kmol

Q=1,556 *1,99813*104= 3,1091*104 KJ/h

Q total entrada= 4,3609*104 +3,1091*104= 7,47*104 KJ/h

SALIDA

-Hacia el reactor de polimerización-

Etilenglicol

Sabiendo que la temperatura a la salida es de 531,15 K y que salen 0,0476 Kmol/h:

Cp= (3,55*104 +4,36*102*531,15 -1,84*10-1 *531,15²)/1000= 2,152*10² KJ/Kmol K

H= 2,152*10²*531,15-1,49*10²*298,15= 6,9879*104 KJ/Kmol

Q=0,0476 *6,9879*104= 3,3262*103KJ/h



Cp= (-2, 6*104+ 6, 34*10²*531, 15)/1000= 3,107*10² KJ/Kmol K

H= 3,107*10²*531, 15- 1, 63*10²*298, 15= 1,1643*105 KJ/Kmol

Q=1,1643*105 *0, 33= 3,8422*104 KJ/h

BHET

Sabiendo que la temperatura a la salida es de 531.15 K y que salen 2.26 Kmol/h:

Cp= 454 x (0.64+0.0012 x 531.15) =5.8 x 10² KJ/ Kmol K

H=5.8 x 10² x 531.15-454.3 x 298.15= 1.72617 x 105 KJ/Kmol

Q= = 1.72617 x 105 x 2,26= 3,90114 x 105 KJ/h

Q total salida= 3.3262 x 103 + 3.8422 x 104 + 3.90114 x 105= 4.31862 x 105 KJ/h

-Hacia la columna de destilación-

Etilenglicol

Está en fase gaseosa y por eso se utilizará la formula correspondiente para calcular la capacidad calorífica.

Sabiendo que la temperatura a la salida es de 470.75 K y que salen 0.092 Kmol/h:

Cp= (3.55 x 104 +4.36 102 x 470.75 -1.84 x 10-1 x 470.75²)/1000= 2 x 10² KJ/Kmol k

Hliqu= 2 x 10² x 470.75-1.49 x 10² x 298. 15= 4.9726 x 104 KJ/Kmol

Cp= (8. 2 x 104+1.27 x 105 x (1.69 x 103/531.15

sin h 1.69 x 103

531.15) ²+ 9.29 x 104 x (

−7.54 x102/531.15

cosh−7.54 x102

531.15) ²)/1000=

1.3 x 102 KJ/Kmol h

Se calcula Cp también cuando la temperatura es de 470.15 K

Cp=1.23 x 10² KJ/Kmol h

Hvap= 1.3 x 10² x 531.15- 1,231 x 10² x 470.75=1.1147 x104

H=1.1147 x 104+4.9726 x 104+ 4.97 x 104= 1.10573 x 105 KJ/Kmol

Q=1. 10573 x 105 x 0.092= 1.0173 x 104 KJ/h

Agua


Cp= 2.76 x 105- 2.09 x 103 x 373.15+ 8,13 x 373.15²-1,41 x 10-² x 373,153+9,37 x 10-6x373,154= 7,7207 x 104KJ/Kmol k

C p=(2.76×105−2.09×103×373.15+8.13×373.152−1.41×10−2×373.153+9.37×10−6×373.1 54)/1000=7.72×101 KJ /KmolK

H liq=7.72×101×373.15−7.6×101×298.15=6.148×103 KJ /Kmol

C p=(3.34×104+2.68×104×( 2.61×103

531.15

sinh 2.61×103

531.15)

2

+8.89×103×( 1.17×103

531.15

cosh 1.17×103

531.15)

2

)/1000=3.56×1 01 KJ /KmolK

Se calcula Cp también cuando la temperatura es de 373.15 K

Cp= 3.4 x 101 KJ/ Kmol K.

H vap=3.56×101×531.15−3.4 ×101×373.15=6.221×103 KJ /Kmol

H=6.221×103+6.148×103+4.08×1 04=5.3169×104 KJ /Kmol

Q=5.3169×104×4,528=2.40749×105 KJ /hr

Q total salida= 1.0173 x 104+2.40749×105= 2,50922 x 105 KJ/h

Q total a la salida del esterificador= 4.31862 x 105+ 2.50922 x 105= 6.82784 x 105 KJ/h

Se va a calcular también el calor de reacción de la reacción de esterificación Qreacción esterificación, para ello hay que calcular la entalpia de reacción. Se puede calcular el Calor de Reacción a partir de las entalpías de formación, de las sustancias que conforman los productos y las que conforman los reactantes.

Teniendo en cuenta que la variación de cualquier variable está determinada por la diferencia entre la posición final (productos) y la posición inicial (reactantes), se puede calcular la Entalpia de reacción estándar de la reacción, como la diferencia entre la sumatoria de las entalpías de formación de productos, menos la sumatoria de las entalpías de formación de los reactantes.

Se calcula la entalpía de reacción considerando los datos de las entalpías de formación estándar tabuladas (de forma teórica) con la siguiente ecuación

Hay que considerar el coeficiente estequiométrico en el cálculo, ya que la entalpia es una propiedad extensiva

Las entalpias de formación fueron complicadas para encontrar, sobre todo para el BHET sólido, por eso se obtuvo el siguiente resultado simulando en Chemcad, usando un reactor de Gibbs ya que la reacción de esterificación es una reacción de equilibrio. Por lo tanto:

Qreacción esterificación= - 2.60436 x 104 KJ/h

Se han producido 2,26 Kmol/h de BHE y Qreacción esterificación= - 2.60436 x 104 KJ/h

Sabiendo esto, y a partir de la reacción

Q reacción = ΔºHR×2,26

Se puede obtener el valor de = ΔºHR

ΔºHR= -1.15 x 104 KJ/Kmol

Al tratarse de una reacción exotérmica, desprende calor.

Para conocer la cantidad de calor que es necesario aportar

Q aportado= Qtotal salida – Qtotal entrada- Qreacción= 6.82784 x 105 - 7,47 x 104 – (−2.60436×104 ¿= 5.82040 x 105 KJ/h

Este calor es aportado por un vapor térmico Dowtherm (http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_0880/0901b80380880b6b.pdf?filepath=oilandgas/pdfs/noreg/812-00083.pdf&fromPage=GetDoc)

Las propiedades del vapor Dowtherm son:

Cp= 1.95 KJ/Kg °C

Te= 301°C

Ts= 297 °C

El flujo másico del líquido térmico Dowtherm se calcula de la siguiente manera:

Q=m x Cp x ∆T

m= 5.82040×1 05

1.95×(301−297)=7.4620×105Kg /hr

REACTOR DE PREPOLIMERIZACION

ENTRADA

Qtotal entrada =7.4620×105Kg /hr

SALIDA

-Hacia el reactor de polimerización-

PET

Sabiendo que la temperatura en el prepolimerizador es 543.15 K y que salen 2.486 Kmol/h:

El valor de la capacidad calorífica encontrado en la bibliografía es el siguiente: 2.448 x 10² KJ/ Kmol K.

H= 2.448 x 10² x 543.15= 1.32963 x 105 KJ/ Kmol

Q=1.32963×105×2.486=3,30546×105KJ /hr

BHET

http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_0880/0901b80380880b6b.pdf?filepath=oilandgas/pdfs/noreg/812-00083.pdf&fromPage=GetDoc


Sabiendo que la temperatura en el prepolimerizador es 543.15 K y que salen 0.1036 Kmol/h:

Cp=454.3× (0.64+0.0012×543.15 )=5.87×102 KJ /KmolK

H=5.87×102×543.15−454.3×298.15=1.84×105KJ /Kmol

Q=1.84 ×105×0.1036=1.9×104 KJ /hr

EG

Sabiendo que la temperatura en el prepolimerizador 543.15 K y que salen 0.039 Kmol/h:

C p=(3.55×104+4.36×102×543.15−1.84×10−1×543.152) /100=2.18×102 KJ /KmolK

H=2.18×102×543.15−1.49×102×298.15=7.40×104 KJ /Kmol

Q=7.40×104×0.039=2.886×103 KJ /hr

Q total salida= 3.30546×105+1.9×104+2.886×103= 3.52432 x 105 KJ/h

- Hacia el condensador del prepolimerizador-

EG

Sabiendo que la temperatura de ebullición del EG es 470,15 y que salen 1,835 Kmol/h

C p=(3.55×104+4.36×102×470.15−1.84×10−1×470.152) /1000=2×102KJ /KmolK

H liq=2×102×470.15−1.49×102×298.15=4.97×104 KJ /Kmol

C p=(8.20×104+1.27×105×( 1.69×103

543.15

sinh 1.69×103

543.15)

2

+9.29×104×( −7.54×102

543.15

cosh −7.54 ×102

543.15)

2

)/1000=1.31×102 KJ /KmolK

Se calcula Cp también a 470.15 K que es igual a 1,23 x 10² KJ/Kmol K

H vap=1.31×102×543.15−1.23×102×470.15=1.33×104KJ /Kmol

H=1.33×104+4.97×104+4.97×1 04=1.13×105KJ /Kmol

Q=1.13×105×1.835=2.07355×105 KJ /hr

Agua

Sabiendo que la temperatura de ebullición del agua es 373,15 y que salen 0.66 Kmol/h

C p=2.76×105−2.09×103×373.15+8.13×373.152−1.41×1 0−2×373.1 53+9.37×10−6×373.1 54

1000=7.7×101 KJ

KmolK

H liq=7.7×101×373.15−7.53×101×298.15=6.282× 103KJKmol

C p=(3.34×104+2.68×104×( 2.61×103

543.15

sinh 2.61×103

543.15)

2

+8.89×103×( 1.17×103

543.15

cosh 1.17×103

543.15)

2

)/1000=3.57× 101KJKmolK

Calculando Cp para una temperatura de 373,15. Cp= 3,4 x 101 KJ/Kmol K

H vap=3.57×101×543.15−3.4×101×373.15=6.7× 103KJKmol

H=6.7×103+6.282×103+4.08×1 04=5.38× 1 04 KJKmol

Q=5.38×104×0.66=3.55×104 KJ /hr

Q total =2.07355×105+3.55×104= 2.42855 ×105KJ/h

Q total a la salida del prepolimerizador = 3.52432 x 105 + 2.42855 ×105=¿5.95287 x 105 KJ/h

Como se ha calculado para el esterificador, la entalpia de reacción en este caso es también:

ΔºHR= -1.15 x 104 KJ/Kmol

Por lo tanto, sabiendo que el BHET que se produce en la etapa de esterificación a partir del TPA que ha entrado en el prepolimerizador = 0,33 Kmol/h

Q reacción esterificación = -1.15 x 104 x 0.33= - 3.795 x 103 KJ/h

Se trata de una reacción exotérmica y necesita un aporte de calor.

En cuanto al calor de la reacción de polimerización, se trata de una reacción de polimerización por condensación en masa. La polimerización en masa es una técnica simple, homogénea, donde el monómero y el activador se mezclan en un reactor que es calentado y enfriado según se requiera. En el caso de que la polimerización sea iniciada térmicamente o por radiación, solo habrá monómero. Por consiguiente, esta técnica es económica, además de producir polímeros con un alto grado de pureza.

Este tipo de polimerización es altamente exotérmica, presentando dificultades en el control de la temperatura y de la agitación del medio reaccionante, que rápidamente se vuelve viscoso desde el inicio de la polimerización. La agitación durante la polimerización debe ser vigorosa para que tenga lugar la dispersión del CALOR DE FORMACIÓN del polímero, evitándose puntos sobrecalentados, que dan un color amarillento al producto.

Este proceso es utilizado extensamente para la polimerización por condensación donde un monómero puede cargarse en el reactor y otro añadirse lentamente. Los procesos en masa pueden utilizarse para muchas reacciones de polimerización por condensación por sus bajos calores de reacción.( http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/EXP.T2.1-MPyC.Tema2.TecnicasPolimerizacion.pdf)

Por lo tanto, al ser el calor de reacción aquí tan bajo, se puede considerar que es nulo.

Qreacción de polimerización = 0 KJ/h

Q requerido = Qtotal salida – Qtotal entrada- Q reacción esterificación – Q polimerización = 5.95287 x 105-7.4620×105Kg /hr - (- 3.795 x 103)- 0= 1.47118 x 105 KJ/h

Este calor es aportado por un vapor térmico Dowtherm (http://msdssearch.dow.com/PublishedLiteratureDOWCOM/dh_0880/0901b80380880b6b.pdf?filepath=oilandgas/pdfs/noreg/812-00083.pdf&fromPage=GetDoc)

Las propiedades del vapor Dowtherm son:

Cp= 1.95 KJ/Kg °C

Te= 281°C

Ts= 278 °C

El flujo másico del líquido térmico Dowtherm se calcula de la siguiente manera:

Q=m x Cp x ∆T

m= 1.47118 x105

1.95×(281−278)=2.8782×104Kg /hr

REACTOR DE POLIMERIZACION

ENTRADA



http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/EXP.T2.1-MPyC.Tema2.TecnicasPolimerizacion.pdf

Q total entrada = 3.52432 x 105 KJ/h

SALIDA

-Producto de la fase fundida-

PET

Sabiendo que la temperatura en el polimerizador es 553.15 K y que salen 3.08 Kmol/h:

El valor de la capacidad calorífica encontrado en la bibliografía es el siguiente: 2.448 x 10² KJ/ Kmol K.

H= 2.448 x 10² x 553.15= 1.35411 x 105 KJ/ Kmol

Q=1.35411×105×3.08=4.17066×105 KJ /hr

BHET

Sabiendo que la temperatura en el polimerizador es 553.15 K y que salen 0.001 Kmol/h

Cp=454.3× (0.64+0.0012×553.15 )=5.92×102KJ /KmolK

H=5.92×102×553.15−454.3×298.15=1.92×105KJ /Kmol

Q=1.92×105×0.001=1.92×102KJ /hr

Qtotal salida=4.17066×105+1.92×102= 4.17258 ×105 KJ/h

- Hacia el condensador del polimerizador-

EG

La temperatura de ebullición del EG es 470.15 K y entran 0.141 Kmol/h

C p=(3.55×104+4.36×102×470.15−1.84×10−1×470.152) /1000=2.00×102 KJ /KmolK

H liq=2.00×102×470.15−1.49×102×298.15=4.9605×104 KJ /Kmol

C p=(8.20×104+1.27×105×( 1.69×103

553.15

sinh 1.69×103

553.15)

2

+9.29×104×( −7.54×102

553.15

cosh −7.54 ×102

553.15)

2

)/1000=1.32×102 KJ /KmolK

Cp a 470.15 K= 1.23 x 10² KJ/Kmol K

H vap=1.32×102×553.15−1.23×102×470.15=1.5187×104KJ /Kmol

H=1.5187×104+4.9605×104+4.97×104=1.14492×105 KJ /Kmol

Q=1.14492×105×0.141=1.6143×104 KJ /hr

Q total salida del polimerizador= 4.17258 ×105 + 1.6143×104= 4.33401x 105 KJ/h

La reacción de polimerización, como se vio en la reacción anterior, es exotérmica y por lo tanto necesita un aporte de calor.

Q requerido = Qtotal salida - Q total entrada – Q reacción polimerización = 4.33401x 105 - 3.52432 x 105 -0=8.0969 x 104 KJ/h

Para aportar este calor, se va usar como en los otros casos un fluido térmico que es el vapor Dowtherm.

El flujo másico de este vapor se calcula de la siguiente forma

m= 8.0969×104

1.95×(281−278)=1.3841×1 04Kg /hr

COLUMNA DE DESTILACION

ENTRADA

-Alimentación líquida-

EG

Sabiendo que la temperatura de la alimentación liquida es 313.15K y que entran 1.468 Kmol/h

C p=(3.55×104+4.36×102×313.15−1.84×10−1×313.152)/1000=1.54×102KJ /KmolK

H=1.54 ×102×313.15−1.49×102×298.15=3.8×103 KJ /Kmol

Q=3.8×103×1.468=5.578× 103KJhr

AGUA

Sabiendo que la temperatura de la alimentación liquida es 313.15K y que entran 0.66 Kmol/h

C p=(2.76×105−2.09×103×313.15+8.13×313.152−1.41×1 0−2×313.153+9.37×10−6×313.1 54)/1000=7.6×101KJ /KmolK

H=7.6×101×313.15−7.53×101×298.15=1.349× 103 KJKmol

Q=1.349×103×0.66=8.9×102KJ /hr

Q total entrada alimentación liquida= 5.578 x103+1.349 x103=6.927 x103 KJ /h

-Alimentación vapor-

EG


C p=3.55×104+4.36×102×470.15−1.84×10−1×470.152

1000=2×102KJ /KmolK

H liq=2.00×102×470.15−1.49×102×298.15=4.9606×104 KJ /Kmol

C p=

8.20×104+1.27×105×( 1.69×103

531.15

sinh 1.69×103

531.15)

2

+9.29×104×( −7.54×102

531.15

cosh −7.54 ×102

531.15)

2

1000=1.30× 1 02KJ

KmolK

H vap=1.30×102×531.15−1.23×102×470.15=1.1221×104KJ /Kmol

H=1.1221×104+4.97×104+4.97×104=1.10621×1 05 KJ /Kmol

Q=1.10621×105×0.092=1.0177× 104 KJhr

Agua


C p=2.76×105−2.09×103×373.15+8.13×373.152−1.41×10−2×373.1 53+9.37×1 0−6×373.1 54

1000=7.72× 101KJ

KmolK

H liq=7.72×101×373.15−7.53×101×298.15=6.356×103KJK mol

C p=

3.34×104+2.68×104×( 2.61×103

531.15

sinh 2.61×103

531.15)

2

+8.89×103×( 1.17×103

531.15

cosh 1.17×103

531.15)

2

1000=3.56× 101KJ

KmolK

H vap=3.56×101×531.15−3.4 ×101×373.15=6.222× 103 KJKmol

H=6.222×103+6.356×103+4.08×1 04=5.3378×1 04 KJ /Kmol

Q=5.3378×104×4.528=2.41696×105 KJ /hr

Q total entrada alimentación vapor= 1.0177 x104+2.41696×105=2.51873 x 105KJ /h

-REFLUJO-

Agua

Sabiendo que la temperatura de esta corriente es 343.15 K y que se recirculan la mitad de 5.188 Kmol/h ya que la relación de reflujo se definió como 1.

C p=2.76×105−2.09×103×343.15+8.13×343.152−1.41×1 0−2×343.1 53+9.37×10−6×343.1 54

1000=7.63× 101KJ

KmolK

H=7.63×101×343.15−7.53×101×298.15=3.732× 103 KJKmol

Q=3.732×103×( 5.1882 )=9.681×103KJ /hr

Q total entrada columna = 6.927 x 103

+ 2.51873 x 105

+ 9.681 x 103= 2.68481 x 105 KJ/h

SALIDA

-DESTILADO-

Agua

Se asume que en el destilado hay solo agua, la cantidad de etilenglicol presente es omitida.

Por lo tanto la temperatura de ebullición del agua es 373.15K y entran 5.188 Kmol/h.

C p=2.76×105−2.09×103×373.15+8.13×373.152−1.41×10−2×373.1 53+9.37×1 0−6×373.1 54

1000=7.72× 101KJ

KmolK

H liq=7.72×101×373.15−7.53×101×298.15=6.356×103KJKmol

H vap=6.356×103+4.08×104=4.7156× 104KJKmol

Q=4.7156×104×5.188=2.44645× 105KJhr

-RESIDUO-

EG

Sabiendo que la temperatura aquí es de 453.15 K y que al suponer que todo el EG pasa al residuo, aquí pasan 1.526 Kmol/h.

C p=3.55×104+4.36×102×453.15−1.84×10−1×453.152

1000=1.95× 102 KJ

KmolK

H=1.95×102×453.15−1.49×102×298.15=4.40× 104KJKmol

Q=4.40×104×1.526=6.7144× 104KJhr

Q total salida columna= 2.44645 x105+6.7144 x 104= 3.11789 x 105 KJ/h

Q requerido = Q total salida - Q total entrada = 2.44645 x105−6.7144 x104=1.77501 x 105KJ /h

Este calor será aportado por un líquido Dowtherm. El flujo másico de este fluido se calcula a partir de la expresión:

Q= m Cp dT

m= 1.77501×1 05

2.231×(255−250)=1.5912×104Kg /hr

CONDENSADOR DEL PREPOLIMERIZADOR

Q alimentación + Q reciclado = Q condensado + Q no condensado

El esquema de un condensador se puede representar de una forma resumida asi para entender mejor los cálculos:

Q alimentación= 2.42855 x 105 KJ/h

Q reciclado

La temperatura de la corriente de reciclado es 313.15K. De momento, se desconoce la cantidad que se recircula y se llamará m.

EG

C p=3.55×104+4.36×102×313.15−1.84×10−1×313.152

1000=1.54× 102KJ

KmolK

H=1.54 ×102×313.15−1.49×102×298.15=3.8×103 KJ /Kmol

Agua

C p=2.76×105−2.09×103×313.15+8.13×313.152−1.41×1 0−2×313.1 53+9.37×10−6×313.1 54

1000=7.588× 101KJ

KmolK

H=7.588×101×313.15−7.53×101×298.15=1.311× 103 KJKmol

La corriente de reciclado está compuesta por un 70% de EG y el resto de agua (fracciones molares de la corriente del vapor condensado a la salida del prepolimerizador)

Qreciclado=m× ( 3.8×103×0.7+1.331×103×0.3 )=m×3.059× 103 KJhr

Q condensado

La temperatura de esta corriente es 368.15K.

EG

C p=3.55×104+4.36×102×368.15−1.84×10−1×368.152

1000=1.71× 102KJ

KmolK

H=1.71×102×368.15−1.49×102×298.15=1.8529×104KJ /Kmol

Agua

C p=2.76×105−2.09×103×368.15+8.13×368.152−1.41×1 0−2×368.1 53+9.37×10−6×368.1 54

1000=7.7×101KJ /KmolK

H=7.7×101×368.15−7.53×101×298.15=5.897×103KJKmol

Qcondesado=(m+1.468+0.66 )× ( 0.7×1.8529×104+0.3×5.897×103 )=1.4739 x 104m+3.1365 x 104 KJ /hr

Q no condensado

La temperatura en esta corriente es 483.15 K.

EG

La temperatura de ebullición del EG es de 470.15K

C p=(3.55×104+4.36×102×470.15−1.84×10−1×470.152 )

1000=2.00× 102KJ

KmolK

H liq=2.00×102×470.15−1.49×102×298.15=4.96× 104 KJKmol

C p=

8.20×104+1.27×105×( 1.69×103

483.15

sinh 1.69×103

483.15)

2

+9.29×104×( −7.54×102

483.15

cosh −7.54 ×102

483.15)

2

1000=1.24 × 1 02KJ

KmolK

H vap=1.24×102×483.15−1.23×102×470.15=2.082× 103KJKmol

H=2082.×103+4.96×104+4.97×104=1.01382×1 05KJ /Kmol

Qno conensado=1.01382×105×0.367=3.7207× 104KJhr

Replanteando la ecuación:


2.42855 x 105 +m×3.059 x103=1.4739 x104m+3.1365 x104+3.7207 x104

m= 14.92 Kmol/h

CONDENSADOR DEL POLIMERIZADOR


Q alimentación= 1.6143×104 KJ /hr

Q reciclado

La temperatura de la corriente de reciclado es 306.15 K. De momento, se desconoce la cantidad que se recircula y se llamará m.

EG

C p=3.55×104+4.36×102×306.15−1.84×10−1×306.152

1000=1.52×102KJ /KmolK

H=1.52×102×306.15−1.49×102×298.15=2.11×103KJ /Kmol

Qreciclado=m×2.11×103KJ /hr

Q condensado

La temperatura de la corriente de reciclado es 423.15 K.

EG

C p=3.55×104+4.36×102×423.15−1.84×10−1×423.152

1000=1.87× 102 KJ

KmolK

H=1.87×102×423.15−1.49×102×298.15=3.47× 104 KJKmol

Qcond=(m+0.138 )×3.47×104=m×3.47×104+4.789×103 KJhr

Q no condensado

EG

La temperatura en esta corriente esta a 483.15 K.

C p=3.55×104+4.36×102×470.15−1.84×10−1×470.152

1000=2.00×102 KJ /KmolK

H liq=2.00×102×470.15−1.49×102×298.15=4.97× 104 KJKmol

C p=

8.20×104+1.27×105×( 1.69×103

483.15

sinh 1.69×103

483.15)

2

+9.29×104×( −7.54×102

483.15

cosh −7.54 ×102

483.15)

2

1000=1.24 × 1 02KJ

KmolK

H vap=1.24×102×483.15−1.23×102×470.15=2.082× 103KJKmol

H=2.082×103+4.97×104+4.97×1 04=1.01482× 105KJKmol

Qno cond=1.01482×105×0.003=3.04×102KJ /hr



1.6143×104+m×2.11×103=m×3.47×104+4.789×103+3.04×102

m=0.34 Kmol/h

REFINADOR DE EG

ENTRADA

-EG de la unidad de condensador de los vapores de EG no condensados-

C p=3.55×104+4.36×102×373.15−1.84×10−1×373.152

1000=1.72× 102KJ

KmolK

H=1.72×102×373.15−1.49×102×298.15=1.9757× 104KJKmol

Q=1.9757×104×0.37=7.31×103 KJ /hr

-EG condensado del condensador del reactor de polimerización –

La temperatura de esta corriente es de 306.15K

C p=3.55×104+4.36×102×306.15−1.84×10−1×306.152

1000=1.52× 102KJ

KmolK

H=1.52×102×306.15−1.49×102×298.15=2.11× 103 KJKmol

Q=2.11×103×0.138=2.91×102 KJhr

-EG de la columna de destilación-

La corriente de residuo de la columna de destilación está a 453.15K y lleva 1.526 Kmol/h de eg

C p=3.55×104+4.36×102×453.15−1.84×10−1×453.152

1000=1.95× 102 KJ

KmolK

H=1.95×102×453.15−1.49×102×298.15=4.40× 104KJKmol

Q=4.40×104×1.526=6.7144×104 KJ /hr

Q total entrada = 7.31×103+2.91×102+6.7144×104=7.4745×104KJ /hr

Al desconocer la temperatura a la salida, puesto que entran distintas corrientes y a distintas temperaturas, se ha supuesto que la temperatura a la salida es la media de las temperaturas ala entrada de este tanque de recuperación del EG usado.

Tsalida=100+33+1803

=104.3 °C

SALIDA

EG

C p=3.55×104+4.36×102×377.45−1.84×10−1×377.452

1000=1.73× 102 KJ

KmolK

H=1.73×102×377.45−1.49×102×298.15=2.0875× 104KJKmol

Qtotal salida=2.0875×104×1.899=3.9642×104 KJ /hr

CONDENSADOR DE LOS VAPORES DE EG NO CONDENSADOS

Los vapores de etilenglicol que no han sido condensados pasan por unos condensadores de superficie que trabajan a vacio y requieren de eyectores para hacer pasar los vapores.El eyector es una bomba de vacío, generalmente movida por vapor, que no tiene partes móviles y que es capaz de alcanzar presiones absolutas de entre 0.003 Y 1 atm .El principio de funcionamiento es el siguiente: el fluido motriz, generalmente vapor, es acelerado en una tobera convergente-divergente, convirtiendo la presión en velocidad. Debido al efecto Venturi, la presión en la descarga es muy baja, produciendo una succión del fluído aspirado en la cámara de mezcla. La mezcla del fluido motriz y aspirado es introducida en el difusor, donde se transforma la velocidad en presión, obteniendo en la descarga una presión intermedia entre la del fluido motriz y el impulsado.

La cantidad de vapor requerida para operar un eyector se incrementa proporcionalmente con la relación de compresión requerida, hecho que limita los eyectores de simple etapa.

El método más eficiente de operación es utilizar eyectores en varias etapas con condensadores intermedios para condensar (es decir, para sacar) el vapor de la etapa anterior. De esta manera, sólo los incondensables pasan a la siguiente etapa y la cantidad de vapor requerida se reduce considerablemente.

En este proyecto, según esta tabla orientativa se van a necesitar tres etapas para que los eyectores funcionen correctamente.

Presión succión para descarga atmosférica N° de etapas de eyectores requeridas0.1 atm y superior Simple etapa0.015 a 0.1 atm Dos etapas0.001 a 0.015 atm Tres etapas0.0003 a 0.001 atm Cuatro etapas4.93 x 10 -5 a 0.0003 atm Cinco etapas8 x 10 -6 a .93 x 10 -5 atm Seis etapasMenos de 9.9 x 10 -7 atm Siete etapas

http://www.inmateinsa.com/pdf/brochure.pdf

Las temperaturas en cada etapa son las siguientes

Corriente Temperatura (oC) Temperatura (K)Etapa 1

Q entrada 210 483.15

http://www.inmateinsa.com/pdf/brochure.pdf

Q condensado 80 353.15Q no condensado 210 483.15

Q reciclado 54 327.15Etapa 2

Q entrada 210 483.15Q condensado 100 373.15

Q no condensado 210 483.15Q reciclado 85 358.15

Etapa 3Q entrada 210 483.15

Q condensado 120 393.15Q no condensado 210 483.15

Q reciclado 100 373.15

El esquema de un condensador se puede representar de una forma resumida asi para entender mejor los cálculos

-ETAPA 1-Qentrada+Qreciclado=Qcond+Qno cond

Qentrada

Q entrada = Q no condensado preprepolimerizador + Q no condensado polimerizador = 3.7207 x 104 + 3.04 x 10²= 3.7511 x 104 KJ/h

Qreciclado

EG

C p=3.55×104+4.36×102×327.15−1.84×10−1×327.152

1000=1.58× 102 KJ

KmolK

H=1.58×102×327.15−1.49×102×298.15=7.265×103KJ /Kmol

Qreciclado=m×7.265×103KJ /hr

Q cond

EG

En el condensador, el 70 % del EG es condensado. Por lo tanto de los 0.37 Kmol/h que entran aquí, 0.259 Kmol/h condensaran.

C p=3.55×104+4.36×102×353.15−1.84×10−1×353.152

1000=1.67× 102 KJ

KmolK

H=1.67×102×353.15−1.49×102×298.15=1.4552× 104KJKmol

Qcond=(m+0.259 )×1.4552×104=m×1.4552×104+3.769×103 KJ /hr

Q no condensado

EL 30% del EG no ha condensado.

Al estar a la misma temperatura la corriente de entrada y la del EG no condensado, se aplica el 30% directamente al Q entrada.

Por lo tanto:

Q no condensado= 3.7511 x 104 x 0.3 = 1.1253 x 104 KJ/h


Qentrada+Qreciclado=Qcond+Qno cond

3.7511 x 104 + m×7.265×103= m×1.4552×104+3.769×103 + 1.1253 x 104

m= 3.1 Kmol/h

-ETAPA 2-


Q entrada

Q entrada= Q no condensado etapa 1= 1.1253 x 104 KJ/h

Q reciclado

EG

C p=3.55×104+4.36×102×358.15−1.84×10−1×358.152

1000=1.68× 102 KJ

KmolK

H=1.68×102×358.15−1.49×102×298.15=1.5745× 104KJKmol

Qreciclado=m×1.5745×104 KJ /hr

Q cond

EG

El 60 % del EG que entra condensa en este condensador. Por lo tanto de los 0.259 Kmol/h que entran, 0.16 Kmol/h condensan

C p=3.55×104+4.36×102×373.15−1.84×10−1×373.152

1000=1.73× 102 KJ

KmolK

H=1.73×102×373.15−1.49×102×298.15=2× 104 KJKmol

Qcond=(m+0.16 )×2×104=m×2×104+3.2×103 KJ /hr

Q no condensado



Por lo tanto:




1.1253 x 104 +m×1.5745×104=m×2×104+3.2×103+4.501 x 103

m= 0.83 Kmol/h

-ETAPA 3-


Q entrada

Q entrada= Q no condensado etapa 2= 4.501 x 103 KJ/h

Q reciclado

EG

C p=3.55×104+4.36×102×373.15−1.84×10−1×373.152

1000=1.73× 102 KJ

KmolK

H=1.73×102×373.15−1.49×102×298.15=2× 104 KJKmol

Qreciclado=m×2×104KJ /hr

Q cond

EG

El 50 % del EG que entra condensa en este condensador. Por lo tanto de los 0.16 Kmol/h que entran, 0.08 Kmol/h condensan

C p=3.55×104+4.36×102×393.15−1.84×10−1×393.152

1000=1.78× 102 KJ

KmolK

H=1.78×102×393.15−1.49×102×298.15=2.5556× 104KJKmol

Qcond=(m+0.08 )×2.5556×104=m×2.5556×104+2.044×103 KJ /hr

Q no condensado



Por lo tanto:




4.501 x 103 +m×2×104=m×2.5556×104+2.044×103+2.251 x103

m= 0.037 Kmol/h

CAMBIADORES DE CALOR

Figure 1 Cambiador de calor de carcasa y tubos

El fluido refrigerante en estos cambiadores de calor será agua y según las especificaciones, se supone que el agua refrigerante a la entrada está 32°C y a la salida está 46°C.

C-C Condensador de la columna de destilación

Temperaturas de operación

Corriente Entrada Salida

Agua refrigerante 32 °C (305.15 K) 46°C (319.15 K)

Destilado 100 °C (373.15 K) 70 °C (343.15)

Agua refrigerante

ENTRADA

C p=2.76×105−2.09×103×305.15+1.8.13×305.152−1.41×10−2×305.153+9.37×10−6×305.154

1000=7.587× 101KJ

KmolK

SALIDA

C p=2.76×105−2.09×103×319.15+1.8.13×319.152−1.41×10−2×319.153+9.37×10−6×319.154

1000=7.593× 101 KJ

KmolK

H=7.593×101×319.15−7.587×101×305.15=1.081× 103 KJKmol

Q=m×1.081× 103KJhr

Destilado

Como en el destilado se considera que el 100% que sale es agua.

ENTRADA

C p=2.76×105−2.09×103×373.15+8.13×373.152−1.41×1 0−2×373.1 53+9.37×10−6×373.1 54

1000=7.72×101 KJ /KmolK

SALIDA

C p=2.76×105−2.09×103×343.15+1.8.13×343.152−1.41×10−2×343.153+9.37×10−6×343.154

1000=7.63× 101 KJ

KmolK

Hliq+Hvap=(7.72×101×373.15−7.63×101×343.15 )+(4.7156 x104)=4.2× 104 KJKmol

Q=4.2×1 04 x5.188=2.17896×105KJ /hr

Como

Energía entrada = Energía salida

m×1.081×103= 2.17896×1 05

m= 201.57 Kmol/h

C-C Condensador del prepolimerizador



Agua refrigerante 32 °C (305.15 K) 46 °C (319.15)

Condensado del prepolimerizador

95 °C (368.15) 40 °C (313.15)

Agua refrigerante

ENTRADA

C p=2.76×105−2.09×103×305.15+8.13×305.152−1.41×1 0−2×305.1 53+9.37×10−6×305.1 54

1000=7.587× 101KJ

KmolK

SALIDA

C p=2.76×105−2.09×103×319.15+8.13×319.152−1.41×1 0−2×319.1 53+9.37×10−6×319.1 54

1000=7.593×101KJ /KmolK

H=7.593×101×319.15−7.587×101×305.15=1.081× 103 KJKmol

Q=m×1.081×103 KJ /hr

Condensado del prepolimerizador

Esta corriente está compuesta por un 70% de EG y el resto de agua (fracciones molares de la corriente del vapor condensado a la salida del prepolimerizador

ENTRADA

EG

C p=3.55×104+4.36×102×368.15−1.84×10−1×368.152

1000=1.71× 102KJ

KmolK

Agua

C p=2.76×105−2.09×103×368.15+1.8.13×368.152−1.41×10−2×368.153+9.37×10−6×368.154

1000=7.7× 101KJ

KmolK

Por lo tanto

CpTotal=0.7×1.71×102+0.3×7.7×101=1.43 x102 KJ /KmolK

SALIDA

EG

C p=3.55×104+4.36×102×313.15−1.84×10−1×313.152

1000=1.54× 102KJ

KmolK

Agua

C p=2.76×105−2.09×103×313.15+1.8.13×313.152−1.41×10−2×313.153+9.37×10−6×313.154

1000=7.588×101 KJ /KmolK

TOTALCp=0.7×1.54×102+0.3×7.588×101=1. 31x 10²KJ /KmolK

H=1.43 x 10²×368.15−1.31 x10²×313.15=1.1623× 104KJKmol

Q=(14.92+1.468+0.66)×1.1623×1 04=1.9815×105KJ /hr

Energía entrada= Energía salida

m×1.081×103=1.9815×1 05

m= 1.83 x 10² Kmol/h

C-C Condensador del polimerizador



Agua refrigerante 10 °C (283.15 K) 46 °C (319.15 K)

Condensado del polimerizador 150 °C (423.15 K) 33°C (306.15 )

Agua refrigerante

ENTRADA

C p=2.76×105−2.09×103×283.15+8.13×283.152−1.41×1 0−2×283.1 53+9.37×10−6×283.1 54

1000=7.62×101KJ /KmolK

SALIDA

C p=2.76×105−2.09×103×319.15+8.13×319.152−1.41×1 0−2×319.1 53+9.37×10−6×319.1 54

1000=7.593×101×101KJ /KmolK

H=7.593×101×319.15−7.4×101×283.15=3.28×103 KJ /Kmol

Q=m×3.28×103 KJ /hr

Condensado del polimerizador EG

ENTRADA

C p=3.55×104+4.36×102×423.15−1.84×10−1×423.152

1000=1.87×102 KJ /KmolK

SALIDA

C p=3.55×104+4.36×102×306.15−1.84×10−1×306.152

1000=1.57×102 KJ /KmolK

H=1.87 x 10²×423.15−1.57 x10²×306.15=3.1064×104KJ /Kmol

Q=0.34×3.1064×104=1.0562×104 KJ /hr

Energía entrada= Energía salida

m×3.28×1 03=1.0562×104

m=3.22 Kmol /hr

C-C Tanque de mezcla

Temperaturas


Agua refrigerante 32 °C (305.15 k) 46 °C (319.15 k)

Etilenglicol Usado 100 °C (373.15 k) 62 °C (335.15 k)

Agua refrigerante

Entrada

C p=2.76×105−2.09×103×305.15+1.8.13×305.152−1.41×10−2×305.153+9.37×10−6×305.154

1000=7.587×101 KJ /KmolK

Salida

C p=2.76×105−2.09×103×319.15+1.8.13×319.152−1.41×10−2×319.153+9.37×10−6×319.154

1000=7.593×101 KJ /KmolK

H=7.593×101×319.15−7.587×101×305.15=1.081×103KJ /Kmol

Q=m×1.081×1 03 KJ /hr

Etilenglicol usado

Entrada

C p=3.55×104+4.36×102×373.15−1.84×10−1×373.152

1000=1.73×102 KJ /KmolK

Salida

C p=3.55×104+4.36×102×335.15−1.84×10−1×335.152

1000=1.61×102KJ /KmolK

H=1.73 x 10²×373.15−1.61 x10²×335.15=1.0596×104 KJ /Kmol

Para saber cuánto EG se recircula al mezclado se procede al siguiente cálculo:

EG refinado que sale del refinado EG- EG que entra al esterificador= 1.899-1.556 = 0.343 Kmol/h

Q=0.343×1.0596×1 04=3.634×1 03KJ /hr

Energía entrada = Energía Salida

m×1.081×103=3.634×1 03

m=3.36 Kmol /hr

C-C Condensador vapores no condensados Etapa 1

Temperaturas



Etilenglicol 100 °C (373.15 k) 54 °C (327.15 k)

Agua refrigerante

ENTRADA

C p=2.76×105−2.09×103×305.15+1.8.13×305.152−1.41×10−2×305.153+9.37×10−6×305.154

1000=7.587×101 KJ /KmolK

SALIDA

C p=2.76×105−2.09×103×319.15+1.8.13×319.152−1.41×10−2×319.153+9.37×10−6×319.154

1000=7.593×101 KJ /KmolK

H=7.593×101×319.15−7.587×101×305.15=1.081×103KJ /Kmol

Q=m×1.081×1 03 KJ /hr

EG

ENTRADA

C p=3.55×104+4.36×102×373.15−1.84×10−1×373.152

1000=1.73×102 KJ /KmolK

SALIDA

C p=3.55×104+4.36×102×327.15−1.84×10−1×327.152

1000=1.58×102 KJ /KmolK

H=1.73 x 10²×373.15−1.58 x10²×327.15=1.2865×104 KJ /Kmol

Q=3.1×1.2865×1 04=3.9882×1 04 KJ /hr


m×1.081×103=3.9882×1 04

m=36.89 Kmol /hr

C-C Condensador vapores no condensados Etapa 2



Etilenglicol 100 °C (373.15 k) 85 °C (358.15 k)

Agua refrigerante

ENTRADA

C p=2.76×105−2.09×103×305.15+1.8.13×305.152−1.41×10−2×305.153+9.37×10−6×305.154

1000=7.587×101 KJ /KmolK

SALIDA

C p=2.76×105−2.09×103×319.15+1.8.13×319.152−1.41×10−2×319.153+9.37×10−6×319.154

1000=7.593×101 KJ /KmolK

H=7.593×101×319.15−7.587×101×305.15=1.081×103KJ /Kmol

Q=m×1.081×1 03 KJ /hr

EG

ENTRADA

C p=3.55×104+4.36×102×373.15−1.84×10−1×373.152

1000=1.73×102 KJ /KmolK

SALIDA

C p=3.55×104+4.36×102×358.15−1.84×10−1×358.152

1000=1.68×102 KJ /KmolK

H=1.73 x 10²×373.15−1.68 x10²×358.15=4.386×103KJ /Kmol

Q=0.83×4.386×103=3.64×103 KJ /hr


m×1.081×103=3.64×1 03

m=3.37 Kmol /hr

Documents

Balances de energía