TP óxido de etileno

Universidad de Buenos Aires Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química

Diseño Conceptual de Procesos Diseño de una Planta Productora de Oxido de Etileno

Introducción El óxido de etileno es utilizado como materia prima en la producción de etilenglicol (componente de los anticongelantes), también es utilizado en la fabricación de polímeros de óxido de etileno de bajo y alto peso molecular y además tiene aplicaciones como aditivo de detergentes. Dado que es muy reactivo, tiene muchas otras aplicaciones. El óxido de etileno se produce por la oxidación catalítica del etileno en un catalizador conteniendo plata. C2H4 + ½ O2 → C2H4O Objetivo Su compañía considera que el mercado para el óxido de etileno crecerá significativamente en los próximos años. Por lo tanto, está proyectando la expansión de la capacidad de producción del óxido de etileno. Su asignación es diseñar las facilidades para producir 120.000 Tn/año considerando 8000 horas /año para producir óxido de etileno. Para considerar en el cálculo preliminar, se incluyen las especificaciones de diseño y algunos datos económicos. Especificaciones del producto Tn/día de Oxido de etileno Requerimientos de pureza

99.5% en peso

Características de la alimentación Alimentación de etileno

4 9 . 35 a tm

25°C

Alimentación de aire disponible

1 at m

25°C

Alimentación de Oxígeno disponible de una planta Criogénica 99wt%

1 at m

25°C

Límite inferior de inflamabilidad del etileno( LFL)

3. 1 %

Se puede considerar que es posible construir una planta de proceso criogénico vecina a la nueva planta. 1

Datos Cinéticos Pueden ocurrir las siguientes reacciones:

C 2 H4

+

0.5 O 2

C 2 H4

+

3 O2

→

2CO2

→

C 2H4O + 2.5 O 2

0

2CH4 O

→

+

∆H1 0

2H2O

2CO2

+

= -104.9 kJ/kmol

∆H 2 =-1322.2

kJ/kmol

2H2O

(1) (2) (3)

Las expresiones cinéticas respectivas son: r1

r2

=−

d NC2H4

1

=

dW = −

d(NC2H4 )

2

dW

=

k1pO2 p etileno

(1 + K1pO

+ K 2p O

2

1 / 2 2

pH2O

)

k 2.p1O/ 22 .p etileno

(1 + K1pO

2

+ K 2p O

1 / 2 2

(4)

pH2O

)

(5)

donde : 5

k1= 1.200.10 exp ( -E1/Rg T) 7 k2= 5.547.10 exp ( -E2/Rg T) -2 K1= 5.913.10 exp ( 18322.3/Rg T) K2= 0.3998 exp ( 36828.2/Rg T) E1= 45638.0 kJ/Kmol E2= 81278.9 kJ/Kmol Las velocidad de reacción tiene unidades de kmoles/kg h. La presión está en MPa. La energía de activación está en kJ/Kmol. Otros datos: Catalizador: plata sobre un soporte inerte, esféricas 7.5 mm de diámetro 3 Densidad de catalizador = 1250 kg/m Fracción de huecos = 0.4

Aclaraciones y Revisiones Dado que el trabajo práctico es un problema de solución abierta (no tiene una única solución correcta), existe la posibilidad de que a medida que se vaya avanzando en el trabajo vayan surgiendo preguntas que necesiten aclaraciones o revisiones del enunciado. Las mismas se darán a conocer en las clases prácticas. Informes y Criterios de Evaluación En el curso se realizan tres trabajos prácticos (Tp i), en forma individual o conjunta. La tabla siguiente resume el contenido de cada uno y la correspondiente fecha de entrega.

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TP Contenido 1

Fecha de Calificación entrega máxima

Diseño preliminar del diagrama de proceso, con especial énfasis en: •

Pre entrega: Diseño del sistema de reacción

xx/xx/11

Estructura entrada - Salida 10 • Decisiones acerca de la estructura de reciclo y purga xx/xx/11 9 • Generación de 2 fases a la salida del reactor xx/xx/11 8 • Diseño preliminar del sistema de separación xx/xx/11 • Cierre aproximado de los balances de materia 2 Diseño final del diagrama de proceso que incluye: xx/xx/11 10 xx/xx/11 9 • Revisión crítica del diseño preliminar xx/xx/11 8 • Diseño final del sistema de separación • Cierre riguroso de los balances de materia y energía 3 Integración energética de la planta * 15 días antes de rendir la evaluación integradora y dentro del período de validez de la cursada •

Para cada trabajo práctico se debe presentar un informe claro y conciso en el que se detallen las decisiones adoptadas en cada etapa del proceso de diseño. Aquellos cálculos repetitivos para los que se empleen hojas de cálculo, deberán adjuntarse en un apéndice del informe; las planillas deben ser lo suficientemente claras y organizadas como para permitir su seguimiento. La evaluación del informe presentado se basará tanto en su contenido como en su estilo y presentación. Quienes no contribuyan a la realización del trabajo práctico no deben ser incluidos como autores del informe. Para cada trabajo práctico se debe presentar un informe claro y conciso en el que se detallen las decisiones adoptadas en cada etapa del proceso de diseño. Aquellos cálculos repetitivos para los que se empleen hojas de cálculo, deberán adjuntarse en un apéndice del informe; las planillas deben ser lo suficientemente claras y organizadas como para permitir su seguimiento. La evaluación del informe presentado se basará tanto en su contenido como en su estilo y presentación. Quienes no contribuyan a la realización del trabajo práctico no deben ser incluidos como autores del informe.

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