Os Exercício com Aspen Plus

        INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS – CAMPUS GOIÂNIA

OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS

PROF. DR. SÉRGIO BOTELHO

LETICYA SUELLEN TOLOTE

Exercício com Aspen Plus

GOIÂNIA

2017

Leticya Suellen Tolote

Exercício com ASPEN Plus

Atividade avaliativa apresentada ao Prof. Dr. Sérgio Botelho como parte da avaliação da disciplina de Otimização de Processos do Curso de Bacharel em Química do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás – Campus Goiânia.

GOIÂNIA

2017

Exercício:

 Em uma unidade de acetato de etila 400 kmol/h de uma mistura 48% (molar) etanol e 49% (molar) ácido acético e o resto de água é levada a um reator CSTR que opera adiabaticamente. A mistura entra no reator a 70 º C e 5 bar. O reator é um tubo possui 2 metros de comprimento e 15 cm de diâmetro interno.

A reação de esterificação é reversível e alguns dados cinéticos da literatura para a reação homogênea em fase líquida sem catalisador são apresentados abaixo.

[pic 1][pic 2]

CH3CH2OH + CH3COOH → CH3COOCH2CH3 + H2O

−𝑟𝐴 = 𝑘𝑒𝑠𝑡𝐶𝑎𝑐.𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 . 𝐶𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 − 𝑘𝑑𝑒𝑠. 𝐶𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜. 𝐶𝑎𝑔𝑢𝑎

Esterificação:

k0 = 1,9.e+08 m³/(kmol.s)

Ea=59,5 kJ/mol.s

Hidrólise:

k-0 = 5,0.e+07 m³/(mol.s)

1. Estime a fração molar de acetato de etila na saída do reator.

Este processo é descrito como uma síntese de equilíbrio catalisada por ácido desenvolvida por Emil Fischer. A condição escolhida proporciona a pureza máxima até 99% de acetato de etila.

Para resolução desta problemática foi estabelecido que o processo é termicamente isolado e obedece a lei de Henry.

Quando a solução ideal segue a lei de Henry e a fugacidade do componente i na solução real é:

[pic 3][pic 4]

[pic 5]

Figura 1. Fugacidade do Soluto dada pelas Leis de Henry e Raoult

O reator proposto foi do tipo CSTR.

Na Tabela 1 são apresentados os valores obtidos em software ASPEN 2006, onde é possível prever o comportamento da reação e a obtenção de produto.

Tabela 1. Planta de acetato de etila com um reator CSTR

[pic 6]

Através da tabela 1, calculou-se a fração molar de acetato de etila na saída do reator.

xe =    [pic 7]

          xe =  [pic 8]

          xe = 0,055%

1. Qual será a nova conversão ao se utilizar 5 reatores de mistura perfeita isovolumétricos?

Utilizando a versão do ASPEN, 2006, obteve-se tais resultados:

Tabela 2. Conversão de acetato de etila para 5 reatores, versão 2006

[pic 9]

Comparando os resultados obtidos com um único reator com os reatores montados em série e partindo da premissa que a montagem de reatores em série garante uma maior conversão de reagentes em produtos os resultados obtidos no software não condizem com a conversão esperada.

A fim de testar outros métodos termodinâmicos existentes no software para comparar os resultados e detectar o problema ocorrido testou-se três métodos termodinâmico: UNIQUAC, UNIQUAC-HOC e o NRTL-HOC.

UNIQUAC não considera o comportamento não ideal dos ácidos carboxílicos, por isso não apresentou resultados confiáveis. Já o UNIQUAC-HOC considera o comportamento não ideal dos ácidos carboxílicos porém o NRTL-HOC apresentou ser o método termodinâmico mais adequado para simular a reação.

Quando a versão 2009 do software Aspen foi utilizada, os resultados obtidos divergiram dos obtidos na versão 2006.

Segundo a Tabela 3, os resultados de conversão para formação dos produtos foram de 0,4045 para o reator único e a conversão de 0,5220 para os cinco reatores.

Para a reação com cinco reatores no software de 2009, obteve-se as seguintes conversões:

Tabela 3. Simulação de 5 Reatores e conversões em série

Reator	Valor obtido
1	0,2577
2	0,1061
3	0,0672
4	0,0503
5	0,0409

Com isto, podemos concluir que, no quinto reator a reação de conversão não é mais favorecida, pois existe mais produtos que reagente.

A montagem de reatores em série é favorecida pois todas as vezes que a reação passa para um novo reator é sempre ser reiniciada aumentando a taxa de conversão das mesmas em cada reator.