Columna 11

“REDUCCIÓN DEL EFECTO DE CORROSIÓN EN UNA TORRE DE DESTILACIÓN DE CELANESE MEXICANA SA DE CV POR SIMULACIÓN CON ASPEN PLUS”

TESIS PARA PRESENTAR EL EXAMEN DEMOSTRATIVO DE LA EXPERIENCIA EDUCATIVA DE EXPERIENCIA RECEPCIONAL DEL PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA QUÍMICA

PRESENTA: ÁNGEL IVÁN PONCE FERNÁNDEZ

DIRECTOR: M. en C. CARLOS ANTONIO MARQUEZ VERA

POZA RICA DE HGO., VER.

JUNIO 2013

oFrcro No. 694/2011

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CTENCTAS QUÍMTCAS POZA RICA, VER.

ASUNTO: Autorización de Tema para Ttulación C. ANGEL IVAN PONCE FERNANDEZ ALUMNO DE LA CARRERA DE TNGENTERÍn QUÍUrCn

PRESENTE.

Se le comunica que la Academia de Titulación aprobó el tema presentado ante ésta y que a partir de la fecha puede desarrollarlo con el orden que se indica a continuación apegándose a los Reglamentos Internos de esta Facultad. Se acepta como Asesor de

Tesis al MTRO. CARLOS

ANTONIO MARQUEZ VEM.

*REDUCCIóN OEI EFECTO DE CORROSIóN EN UNA TORRE DE DESTITACIóN DE CELANESE MEXICANA S.A. DE C.V. POR SIMULACIóN CON ASPEN PLUS.' ESTRUCTURA DEL TEMA:

INTRODUCCIóN

I. II. M.

MARCO TEóRICO

METODOLOGIA RESULTADOS CONCLUSIONES

BIBLIOGMFIA

ffi

ATENTAMENTE

tw

*LIS DE VERACRUZ: ARTE, CIENCIA, LUZ" POZA RICA, VER., A 23 SEPTIEMBRE DEL 2011.

NACUI¡AD

DI CTENCTAS

QUTMICAS

POZA RfC,fl VER.

ACADEMICO asf Prolongación de

la Av. Venustiano

Teléfono 8227363

Carranza S/N. col.

Revolución

Apartado postal 552

Universidad Veracruzana

FACULTAD DE CTENCTAS QUÍMTCAS POZA RICA, VER.

oFrcro No.4Bl2a\3 ASUNTO: ORDEN DE IMPRESION

C. ANGELIVAN PONCE FERNANDEZ ALUMNO DE LACARREM DE rNGENrenÍn QUÍr\4rCA

PRESENTE.

Habiendo sido debidamente rev¡sado y aceptado el trabajo en la modalidad dC TESIS titUIAdO "REDUCCIóN OEI EFECTO DE CORROSIóN EN UNA TORRE DE DESTII.ACIóN DE CELANESE MEXICANA S.A. DE C.V. POR SIMULACTóru CO¡I ASPEN PLUS", y estando de acuerdo con los Profesores que integran la Academia de Tesis, que es satisfactorio su contenido como prueba escrita para sustentar examen profesional, AUTORIZO a usted la IMPRESION del citado trabajo.

ATENTAMENTE. LIS DE VERACRUZ: ARTE, CIENCIA, LUZ POZA RICA, VER., A 25 DE JUNIO DEL 2013

ING. LUíS F

Z HERNÁNDEZ MÁRO DIRECTOR FACUn ..) DÉ CIDN¡CÁA"q

QUIMICAJ ?GEAruCA, í -P*

asf Prolongación de la Teléfono 8227363

Av. Venustiano Carranza S/N.

col.

Revolución

Apartado postal

Resumen

Resumen En este trabajo se realizó la simulación de un caso real para un torre de destilación de la mezcla ácido acético-agua-ácido fórmico empleada en Celanese Mexicana S.A. de C.V. utilizando aspen plus, con la finalidad de proponer una alternativa de solución que reduzca el efecto corrosivo dentro de la torre. Las simulaciones de aspen plus para el equilibrio de fases se compararon con los datos experimentales obtenidos de la bibliografía.

El parámetro que se considero es el factor de corrosividad de soluciones a diferentes concentraciones de ácido acético con acero al carbón, empleando para esto una gráfica de isocorrosiones, con los datos proporcionados de la simulación por aspen plus y transformados a datos de corrosión, se observo cuan corroídos están los platos de la torre y con ello se obtuvo un punto de referencia de corrosión inicial, para después simular diferentes alternativas de proceso con las cuales se busco tener una disminución en la corrosión inicial de los platos de la torre.

Se propuso una solución al problema de corrosión utilizando solamente las condiciones de operación de la torre, es decir, entrada de agua, reflujo de la torre y flujo de alimentación, Se observo que la entrada de agua fue un agente apaciguador de la corrosión en los platos, al igual que el variar la cantidad de reflujo, al unir ambas soluciones se obtuvo que la mejor forma de contrarrestar los efectos corrosivos en toda la torre fue agregar una corriente lateral de agua en el plato número 4 con un reflujo en la torre de 75, con esta opción se obtienen buenos resultados pero se debe de contemplar que no se tomó en cuenta otros factores que se incluyan al proceso como los costos por transporte de agua, por calentamiento o enfriamiento, adición extra de alimentación, etc.

Contenido

Contenido INTRODUCCIÓN Introducción

8

Objetivo General

10

Objetivos Específicos

10

Hipótesis

10

Justificación

11

I MARCO TEÓRICO 1.1 Destilación

12

1.1.1 Destilación de equilibrio o instantánea

13

1.1.2 Destilación simple por lotes o diferencial

13

1.1.3 Destilación simple con arrastre de vapor

13

1.1.4 Destilación con reflujo

14

1.2 Torre de destilación

14

1.2.1 Factores que afectan la operación

15

1.2.1.1Condiciones, estados y composición de la alimentación

15

1.2.1.2 Condiciones de reflujo

15

1.2.1.3 Condiciones del flujo de vapor

16

1.2.1.3.1 Formación de espuma

16

1.2.1.3.2 Arrastre

16

1.2.1.3.3 Inundación

17

1.2.1.3.4 Escurrimiento

17

1.2.1.4 Diámetro de la torre

17

1.2.1.5 Estado de los platos (relleno)

18

1.2.1.6 Condiciones climáticas

18

1.3 Corrosión

18

1.3.1 Tipos de corrosión

20

1.3.1.1 Corrosión química

21

1.3.1.1.1 Corrosión por metal liquido

21

1.3.1.1.2 Lixiviación selectiva

22

Contenido

1.3.1.1.3 Disolución y oxidación de los materiales cerámicos

22

1.3.1.1.4 Ataque químico a polímeros

22

1.3.1.2 Corrosión electroquímica

23

1.3.1.2.1 Tipos de corrosión electroquímica

25

1.3.1.2.2 Celdas de composición

25

1.3.1.2.3 Celdas de esfuerzo

25

1.3.1.2.4 Celdas de concentración

26

1.3.1.2.5 Corrosión microbiana

27

1.3.1.2.6 Corrosión por picadura

28

1.3.1.2.7 Corrosión por grietas

29

1.4 Simulación

29

1.4.1 Aspen

32

1.5 Datos de corrosión

35

II METODOLOGÍA 2.1 Simulación del caso problema

39

2.2 Simulación de variación del reflujo

47

2.3 Simulación de 1 corriente de agua en la alimentación

47

2.4 Simulación de 2 corrientes de agua lateral

50

2.5 Simulación de 1 corriente de agua lateral

51

III RESULTADOS 3.1 Resultados del caso problema

53

3.2 Resultados de la variación de reflujo

54

3.3 Resultados de 1 corriente de agua en la alimentación

56

3.4 Resultados de 2 corrientes de agua lateral

57

3.5 Resultados de 1 corriente de agua lateral

59

3.6 Resultados óptimos

60

CONCLUSIONES

64

BIBLIOGRAFÍA

67

Contenido

LISTA DE FIGURAS Fig. 1.1 Placa de acero atacada con plomo fundido

21

Fig. 1.2 Microfotografía de latón dezincificado (50 x)

22

Fig. 1.3 Componentes de una celda electroquímica

24

Fig. 1.4 Ejemplos de celdas de esfuerzo.

26

Fig. 1.5 Celdas de concentración.

27

Fig. 1.6 Celda bacteriana (a) y formación de un tubérculo (b)

28

Fig. 1.7 Partes básicas de la interfaz de usuario de Aspen Plus.

33

Fig. 1.8 Barra de herramientas de datos

34

Fig. 1.9 Curva de isocorrosion de ácido acético

36

Fig. 1.10 Curva de isocorrosion de ácido fórmico

36

Fig. 1.11 Nomograma de isocorrosiones de ácido acético

37

Fig. 1.12 Nomograma de isocorrosiones de ácido fórmico

37

Fig. 1.13 Gráfica de perfiles de corrosión inicial

38

Fig. 2.1 Ventana de inicio de Aspen

40

Fig. 2.2 Selección de columna

40

Fig. 2.3 Corrientes de entrada y salida en la torre

41

Fig. 2.4 Corriente de alimentación

41

Fig. 2.5 Corrientes de salida

42

Fig. 2.6 Ventana para nombrar la simulación

42

Fig. 2.7 Componentes de la simulación

43

Fig. 2.8 Ventana para seleccionar tipo y base del proceso

43

Fig. 2.9 Condiciones de la simulación

44

Fig. 2.10 Configuraciones y especificaciones de la simulación

44

Fig. 2.11 Plato de alimentación y corte lateral

45

Fig. 2.12 Presión del condensador

45

Fig. 2.13 Panel de control

46

Fig. 2.14 Simulación finalizada

46

Fig. 2.15 Cambio de reflujo

47

Fig. 2.16 Mezclador

48

Fig. 2.17 Mezclador y columna

48

Contenido

Fig. 2.18 Corriente de entrada al mezclador (a) y unión a la columna (b)

49

Fig. 2.19 variación del flujo de entrada

49

Fig. 2.20 Corrietes de entrada y salda

50

Fig. 2.21 Numeró de plato para las nuevas corrientes

51

Fig. 2.22 Corrientes de entrada y salida

51

Fig. 2.23 Numeró de plato de la nueva corriente

52

Fig. 3.1 Perfil de corrosión inicial.

54

Fig. 3.2 Perfil de corrosiones a diferentes reflujos.

55

Fig. 3.3 Perfil de corrosión a diferentes flujos

57

Fig. 3.4 Perfil de corrosión con 2 corrientes laterales de agua.

58

Fig. 3.5 Perfil de corrosión con 1 corriente lateral.

60

Fig. 3.6 Perfil de corrosión reflujo 75-2 corrientes laterales 18-25

61

Fig. 3.7 Perfil de corrosiones reflujo de 75-corriente lateral plato 4

63

Contenido

LISTA DE TABLAS Tabla 3.1 Concentración y corrosión (mpy) plato a plato de la torre problema.

53

Tabla 3.2 Corrosión total a distintos reflujos.

55

Tabla 3.3 Corrosiones totales a diferentes flujos.

56

Tabla 3.4 Corrosiones totales con 2 corrientes de agua lateral.

58

Tabla 3.5 Corrosiones totales con 1 corriente lateral de agua.

59

Tabla 3.6 Corrosión total de la combinación: reflujo 75, 2 corrientes laterales 18-25 Tabla 3.7 Corrosión total de la combinación: reflujo 75, 1 corriente lateral 4

61 62

Introducción

INTRODUCCIÓN La corrosión puede definirse como el deterioro de un metal resultado de un ataque químico de su entorno. Puesto que la corrosión es causada por una reacción química, la velocidad a la que la corrosión tiene lugar depende en cierta medida de la temperatura y de la concentración de reactantes y productos.

La mayor parte de la corrosión de materiales se produce por ataques químicos de metales, ocurre normalmente por ataque electroquímico, al poseer los metales electrones libres son capaces de construir celdas electroquímicas en su interior. La mayor parte de los metales son corroídos en alguna extensión por el agua y la atmósfera. Los metales pueden ser también corroídos por ataques químicos directos de soluciones químicas e incluso metales líquidos. (1)

En la construcción el metal ocupa un lugar importante ya que funciona como esqueleto de las grandes o pequeñas infraestructuras que utilizamos diariamente llámense oficinas, casa, edificios, etc. Ya que da un fuerte soporte y una gran resistencia a la construcción. En una industria el metal es muy utilizado para la construcción de reactores, torres de destilación, tanques, tuberías, etc. Esto hace que los distintos metales sean casi imprescindibles para una industria y para nuestra vida diaria.

El problema con los metales es que buscan siempre regresar a su forma combinada ya que como metal libre posee una energía elevada y con tendencia a bajarla, esto lo hace interaccionando con su medio próximo regresando así a su forma mineral original. (2)

La corrosión es una materia que ha sido tratada por la industria desde los principios de la historia de la metalurgia. La corrosión le cuesta a la industria un considerable capital, aproximadamente el cinco por ciento del producto interior bruto (santana, 2003). Si la corrosión no es tratada, sus efectos pueden provocar

8

Introducción

la pérdida de tiempo de operación, pérdida de ingresos e incluso pérdida de vidas humanas.

En la actualidad, hay un gran interés por estudiar la corrosión ocasionada por contaminantes presentes en atmósferas interiores. Entre estos, ocupan un lugar destacado los ácidos orgánicos (E. Cano, 2004), siendo los más abundantes de ellos los ácidos acético y fórmico, en menor medida, el propiónico y el butírico. Las concentraciones de estos contaminantes en este tipo de ambientes es, habitualmente, mucho mayor que en atmósferas exteriores, ya que son emitidos por multitud de materiales (maderas, pinturas, plásticos, etc.) presentes en abundancia en el interior de edificios; Se han documentado numerosos casos en los que estas emisiones de ácidos orgánicos han producido deterioro en cobre y otros materiales metálicos. La corrosión provocada por este tipo de contaminantes puede dar lugar a fallos de componentes electrónicos o industriales

9

Objetivo e Hipótesis

OBJETIVO GENERAL Proponer una alternativa a los problemas por deterioro de corrosión en los platos de una torre de destilación de ácido acético-agua-ácido fórmico de la empresa Celanese Mexicana S.A. de C.V. mediante simulación con aspen plus variando condiciones de operación de la torre.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Reproducir con aspen plus el perfil de concentraciones a lo largo de la torre del problema que presenta corrosión por ácido acético/agua



Determinar los platos que presentan problemas de corrosión mediante el perfil de concentraciones al perfil de corrosión empleando la tabla de isocorrosion



Variar la relación de reflujo de la torre con la finalidad de cambiar el perfil de concentraciones analizando el efecto que tiene esto sobre la corrosión en cada plato



Adicionar agua a la alimentación con la finalidad de cambiar el perfil de concentraciones analizando el efecto que tiene esto sobre la corrosión en cada plato



Colocar corrientes de agua laterales en platos intermedios de la torre con la finalidad de cambiar el perfil de concentraciones analizando el efecto que tiene esto sobre la corrosión en cada plato



Comparar los mejores resultados de las diferentes opciones con la finalidad de obtener la más eficiente



Encontrar si mediante una combinación con respecto a las opciones dadas se mejoran los resultados obtenidos

HIPÓTESIS Es posible obtener una alternativa económicamente viable y sencilla para reducir el efecto de la corrosión en una torre de destilación de ácido acético-agua-ácido fórmico modificando las condiciones del proceso sin la necesidad de cambiar el material de construcción o los platos de la torre o aplicando un recubrimiento. 10

Justificación

JUSTIFICACIÓN El hombre en su afán de lograr mejores condiciones de vida, ha usado constantemente su ingenio durante su larga historia. En este afán ha encontrado mucha ayuda en los metales que hoy en día forman parte de nuestra vida cotidiana y sin así quererlo se ha tomado una dependencia de ellos, ya sea para tomar un baño o para cocinar es necesario el metal como trasporte de fluido o como utensilio en la preparación de alimentos, en la industria es aún más notable su presencia puesto que es el material más utilizado; Por sus propiedades el metal es empleado en la construcción de diferentes equipos, un ejemplo son las torres de destilación, en las cuales existe un contacto con substancias las cuales al interaccionar con el metal crean reacciones que producen corrosión; Algunas de las substancias que producen corrosión son los ácidos orgánicos.

En los procesos unitarios que utilizan ácidos orgánicos como fluidos, los equipos presentan problemas importantes de atención en el deterioro por la corrosión, esto afecta económicamente de forma considerable a la rentabilidad de los equipos, por esto es necesario buscar alternativas adecuadas que aumenten la vida útil de los equipos.

Con la ayuda de simuladores de procesos es posible predecir cuáles serán los resultados de una operación unitaria dentro de la industria, algunos simuladores de procesos son PRO II, CHEMCAD y Aspen plus. Aspen plus es un simulador orientado a la industria de procesos químicos y petroquímicos; Por ser un simulador de estado estacionario es capaz de modelar y simular cualquier tipo de proceso para el cual se cuente con un flujo continuo de materia y energía, por esto es una herramienta de gran aporte en la ingeniería.

11

Marco Teórico

CAPITULO I MARCO TEÓRICO 1.1 Destilación La destilación es un método para separar lo componentes de una solución; depende de la distribución de las sustancias entre una fase gaseosa y una líquida, y se aplica a los casos en que todos los componentes están presentes en las dos fases. En vez de introducir una nueva sustancia en la mezcla, con el fin de obtener la segunda fase (como se hace en la absorción o deserción de gases) la nueva fase se crea por evaporación o condensación a partir de la solución original. (5)

El requisito básico para separar los componentes por destilación consiste en que la composición del vapor sea diferente de la composición del líquido con el cual está en equilibrio en el punto de ebullición de este último. La destilación se basa en soluciones en las que todos los componentes son bastante volátiles, como soluciones amoniaco-agua o etanol-agua, en las que ambos componentes también están en fase de vapor. Sin embargo, al evaporar una solución de sal y agua, se vaporiza el agua pero la sal no. El proceso de absorción difiere de la destilación en cuanto a que uno de los componentes de la absorción es esencialmente insoluble en la fase líquida.

La destilación se puede llevar a cabo en la práctica por medio de cualquiera de dos métodos principales. El primer método consiste en la producción de un vapor por ebullición de la mezcla líquida que se va a separar en una sola etapa, para recuperar y condensar los vapores. En este método no se permite que el líquido regrese al destilador de una sola etapa y se ponga en contacto con los vapores que se desprenden. El segundo método implica el retorno de una porción del condensado al destilador. Los vapores se desprenden a través de una serie de etapas o platos, y parte del condensado fluye hacia abajo a través de la serie de etapas o platos a contracorriente con respecto a los vapores. Este segundo método se llama destilación fraccionada, destilación con reflujo o rectificación.

12

Marco Teórico

Existen tres tipos importantes de destilación que se verifican en una sola etapa o en un solo destilador y que no incluyen rectificación. El primero es la destilación en equilibrio o instantánea, el segundo es la destilación simple por lotes o diferencial, y el tercero es la destilación simple con arrastre de vapor.

1.1.1 Destilación de equilibrio o instantánea En este proceso, que se verifica en una sola etapa, la mezcla líquida se vaporiza parcialmente. Se permite que el vapor establezca un equilibrio con el líquido, y entonces se separan las fases de vapor y de líquido. Esto se puede hacer por lotes o en régimen continuo.

1.1.2 Destilación simple por lotes o diferencial En este tipo de destilación, primero se introduce líquido en un recipiente de calentamiento. La carga líquida se hierve lentamente y los vapores se extraen con la misma rapidez con que se forman, enviándolos a un condensador donde se recolecta el vapor condensado (destilado). La primera porción de vapor condensado es más rica en el componente más volátil A. A medida que se procede con la vaporización, el producto vaporizado es más pobre en A.

1.1.3 Destilación simple con arrastre de vapor Los líquidos con alto punto de ebullición no se pueden purificar por destilación a presión atmosférica, puesto que los componentes de la mezcla líquida podrían descomponerse a las temperaturas elevadas que se requieren. Con frecuencia, las sustancias de alto punto de ebullición son casi insolubles en agua; entonces, se logra una separación a temperatura más baja por medio de una destilación simple con arrastre de vapor, método que se usa con bastante frecuencia para separar un componente de alto punto de ebullición de cantidades pequeñas de impurezas no volátiles.

13

Marco Teórico

1.1.4 Destilación con reflujo La rectificación (fraccionada) o destilación por etapas con reflujo se puede considerar desde un punto de vista simplificado como un proceso en el cual se lleva a cabo una serie de etapas de vaporización instantánea, de manera que los productos gaseosos y líquidos de cada etapa fluyen a contracorriente. El líquido de una etapa se conduce o fluye a la etapa inferior y el vapor de una etapa fluye hacia arriba, a la etapa superior. Por consiguiente, en cada etapa entra una corriente de vapor y una corriente líquida, que se mezclan y alcanzan su equilibrio, y de dicha etapa sale una corriente de vapor y una corriente de líquido en equilibrio. (6)

1.2 Torre de destilación Una torre o columna de destilación simple es una unidad compuesta de un conjunto de etapas de equilibrio con un solo alimento y dos productos, denominados destilado y fondo. Incluye, por lo tanto, una etapa de equilibrio con alimentación que separa dos secciones de etapas de equilibrio, denominadas rectificación y agotamiento.

Se requiere de un dispositivo, como un rehervidor, donde se transfiera calor al líquido que emerge de la etapa de equilibrio correspondiente al fondo de la columna para vaporizarlo parcialmente, de tal manera que la fracción vaporizada se recircula al fondo de la columna y se mantenga en un flujo ascendente a través de la columna. La fracción no vaporizada se remueve como producto de fondo.

El vapor que emerge de la etapa superior de la sección de rectificación es condensado, y el líquido resultante se divide en dos fracciones. Una fracción se remueve como el producto de tope o destilado. La otra fracción líquida, denominada reflujo, se recircula al tope de la columna y se mantiene en un flujo descendente a través de ella, estableciendo el contacto requerido con la fase vapor ascendente para la transferencia de masa deseada en cada una de las etapas de equilibrio líquido - vapor. (7) 14

Marco Teórico

1.2.1 Factores que afectan la operación Existen muchos factores que pueden afectar la producción de una torre de destilación muchos de ellos ocurren dentro del mismo proceso, algunos pueden ser causado ya sea por las condiciones de la alimentación o por el diseño de la torre, la ubicación de las torres pueden ser también un factor que afecte el proceso ya que las condiciones climáticas podrían alterarlo.

El rendimiento de una torre de destilación es determinado por varios factores, por ejemplo: Condiciones, estado y composición de la alimentación, Condiciones de reflujo, Condiciones del flujo de vapor, Diámetro de la torre, Estado de los platos (relleno), Condiciones climáticas, Corrosión. Estos factores serán analizados a continuación para dar una idea de la complejidad de los procesos de destilación.

1.2.1.1 Condiciones, estado y composición de la alimentación El estado de la mezcla de alimentación y la composición de ésta afecta las líneas de operación y por lo tanto al número de etapas necesarias para la separación. También afecta la ubicación del plato de alimentación. Durante la operación, si las desviaciones de las especificaciones de diseño son excesivas, la torre puede no ser ya capaz de realizar la tarea de separación. Para supera los problemas asociados con la alimentación, algunas torres son diseñadas con múltiples puntos de alimentación cuando se espera que ésta contenga cantidades variables de componentes.

1.2.1.2 Condiciones de Reflujo A medida que se incrementa la razón de reflujo, el gradiente de la línea de operación para la sección de rectificación se mueve hacia un valor máximo de 1. Físicamente, esto significa que más y más líquido que es rico en componentes más volátiles está siendo reciclado de vuelta a la torre. La separación entonces se vuelve mejor y por lo tanto se necesitan menos platos para realizar el mismo grado de separación. En condiciones de reflujo total, se requiere un mínimo de platos. Esto es, no hay retiro de destilado; Por otra parte, a medida que se disminuye el 15

Marco Teórico

reflujo, la línea de operación para la sección de rectificación se mueve hacia la línea de equilibrio. El “pinch” entre las líneas de operación y de equilibrio se vuelve más pronunciado y se necesitan más y más platos. Esto es fácil de verificar usando el método McCabe-Thiele. Las condiciones limitantes tienen lugar a razón mínima de reflujo, cuando se requerirá un número infinito de platos para realizar la separación. La mayoría de las torres son diseñadas para operar entre 1,2 a 1,5 veces la razón mínima de reflujo, debido a que ésta es aproximadamente la zona de mínimo costo operativo (más reflujo significa más trabajo para el rehervidor).

1.2.1.3 Condiciones del Flujo de Vapor Las condiciones adversas del flujo de vapor pueden provocar: 

Formación de espuma.



Arrastre.



Inundación.



Escurrimiento.

1.2.1.3.1 Formación de espuma La espumación se refiere a la expansión del líquido debido al paso de vapor o gas. Aunque otorga alto contacto interfacial líquido-vapor, el exceso de espuma a menudo conduce a la retención del líquido en las bandejas. En algunos casos la espumación puede ser tan severa que se puede mezclar con el líquido en la bandeja superior. La formación de espuma dependerá primariamente de las propiedades físicas de las mezclas de líquido, pero algunas veces es debido al diseño y condición del plato. Cualquiera sea la causa, siempre se reducirá la eficiencia de la separación.

1.2.1.3.2 Arrastre El arrastre se refiere al líquido arrastrado por el vapor a la bandeja superior siguiente y de nuevo es causado por altos flujos de vapor. Es perjudicial debido a que se reduce la eficiencia de la bandeja; se arrastran materiales menos volátiles

16

Marco Teórico

a un plato que contiene líquido de más alta volatilidad. También puede contaminar la pureza del destilado. Un arrastre excesivo puede conducir a una inundación.

1.2.1.3.3 Inundación La inundación es producida por un excesivo flujo de vapor, provocando que el líquido sea arrastrado por el vapor hacia arriba por la torre. El aumento de presión del exceso de vapor también levanta el líquido en el conducto de bandeja, provocando una acumulación de líquido en el plato inmediato superior. Dependiendo del grado de inundación, la capacidad máxima de la torre puede ser severamente reducida. La inundación es detectada por fuertes aumentos en la presión diferencial de la torre y un significativo descenso en la eficiencia de la separación.

1.2.1.3.4 Escurrimiento Este fenómeno es causado por un bajo flujo de vapor. La presión ejercida por el vapor es insuficiente para retener el líquido en la bandeja. Por lo tanto, el líquido comienza a escurrir por las perforaciones. Un exceso de escurrimiento conducirá al dumping. Esto es, que el líquido de todas las bandejas bajará hasta la base de la torre (por un efecto dominó) y la torre deberá ponerse en servicio nuevamente. El escurrimiento es indicado por una fuerte caída de presión en la torre y una reducción en la eficiencia de separación.

1.2.1.4 Diámetro de la torre Muchos de los factores mencionados, que afectan la operación de la torre, son debidos a las condiciones del flujo de vapor: ya sea excesivo o muy poco. La velocidad del flujo de vapor es dependiente del diámetro de la torre. El escurrimiento determina el flujo mínimo de vapor requerido, mientras que la inundación determina el flujo máximo permitido de vapor, por lo tanto, la capacidad de la torre. Así, si el diámetro de la torre no es calculado correctamente, la torre no funcionará bien. No sólo se producirán problemas operacionales, sino que el trabajo de separación deseado no se cumplirá. 17

Marco Teórico

1.2.1.5 Estado de los platos (relleno) Recuerde que el número de platos real requerido para un servicio particular de separaciones determinado por la eficiencia del plato, o del relleno, si este es el usado. Por lo tanto, todo factor que provoque una disminución en la eficiencia del plato también cambiará el rendimiento de la torre. La eficiencia de un plato es afectada por: ensuciamiento, desgaste rotura y corrosión, y la velocidad a la cual estos factores tienen lugar depende de los líquidos que están siendo procesados. Por lo tanto deben elegirse los materiales adecuados para la construcción del plato.

1.2.1.6 Condiciones climáticas Muchas torres de destilación están expuestas a la atmósfera. Aunque muchas de ellas están aisladas, el cambio en las condiciones climáticas puede todavía afectar su operación. Por lo tanto el rehervidor debe ser dimensionado adecuadamente para asegurar que se pueda generar suficiente vapor durante períodos de frío y viento, y que pueda bajar suficientemente su carga durante la estación cálida. Lo mismo se aplica a los condensadores. (8)

1.3 Corrosión La corrosión es un ataque químico gradual a un metal, por su medio ambiente, que da por resultado la conversión del metal en un oxido, una sal o algún otro compuesto. Los metales que han experimentado corrosión pierden su resistencia, su ductilidad y otras propiedades mecánicas y físicas convenientes. Hay muchos tipos de medios corrosivos, tales como el aire, la atmosferas industriales, el suelo, los ácidos. Las bases y las soluciones salinas. Con frecuencia, se produce una corrosión a elevadas temperaturas, en medios que, a bajas temperaturas, son por lo común inertes. (9)

La corrosión de los metales es en cierto sentido es inevitable, una pequeña venganza que se toma la naturaleza por la continua explotación a que la tiene sometida el hombre. Recordemos que los metales, salvo alguna que otra rara 18

Marco Teórico

excepción, como los metales nobles (oro, platino, etc., se encuentran en estado nativo en la tierra), no existen como tales en la naturaleza, sino combinados con otro elemento químico formando los minerales, como los óxidos, sulfuros, carbonatos, etc.

Para la obtención de los metales en estado puro, debemos recurrir a su separación a partir de sus minerales, lo cual supone un gran aporte energético. Pensemos solamente en el enorme consumo de energía eléctrica que supone el funcionamiento de una acería para obtener un material tan indispensable para el desarrollo actual, como el acero. Pues bien, producido el acero, este prácticamente inicia el periodo de retorno a su estado natural, los óxidos de hierro.

Esta tendencia a su estado original no debe de extrañar. Si después de milenios el hierro se encuentra en los yacimientos bajo la forma de óxido, es que este compuesto representa el estado más estable del hierro respecto al medio ambiente. El mineral de hierro más común, la hematita, es un óxido de hierro, Fe2O3. El producto más común de la corrosión del hierro, la herrumbre, tiene la misma composición química. Un metal susceptible a la corrosión, como el acero, resulta que proviene de óxidos metálicos, a los cuales se los somete a un tratamiento determinado para obtener precisamente el hierro.

Según esto, la corrosión puede describirse en primer término como una reacción de oxidación, semejante por tanto a cualquier oxidación química. Por esto mismo, debe y puede ser regida por las leyes establecidas por la física y la química. Un metal sólo podrá corroerse, o sea, pasar a un estado más oxidado, cuando sea inestable con respecto a los productos formados por su corrosión. Esta inestabilidad puede preverse en términos energéticos.

La termodinámica permite realizar los balances de energía que, para el caso de los metales puros colocados en una situación bien determinada, permitirán

19

Marco Teórico

predecir su comportamiento; en este caso, si aparecerá o no en ellos tendencia a la corrosión.

La energía de un determinado sistema puede medirse en los términos de lo que se llama la energía libre. Se pueden presentar tres casos: 

la energía libre es positiva. El metal es activo y puede haber corrosión. Es el caso más frecuente entre los metales de uso común (hierro, aluminio, cinc);



la energía libre es positiva, pero el metal en vez de presentar corrosión, permanece inatacado aparentemente. Se dice que el metal está pasivo o pasivado



la energía libre es cero o negativa. El metal es indiferente a los agentes agresivos habituales, no siendo posible ninguna reacción de corrosión. Es el caso de los metales nobles. (2)

1.3.1 Tipos de corrosión La corrosión es el medio químico por el cual se deterioran y destruyen los metales y se han reconocido dos mecanismos básicos: corrosión química, que incluye todos los tipos de corrosión en los que no hay un flujo apreciable a través del metal, en distancias apreciables; Por supuesto, los electrones abandonan los átomos de un metal, cuando estos se convierten en cationes metálicos de un compuesto; sin embargo, no hay un flujo de electrones por el metal a escala macroscópica, y no hay zonas macroscópicas claras del ánodo y cátodo, esto da como resultado una reacción uniforme sobre toda la superficie expuesta; Por lo común se produce en el material metálico una capa escamosa o un depósito de espesor uniforme y corrosión electroquímica, que se caracteriza por el establecimiento de zonas catódicas y anódicas, separadas por distancias finitas y entre las que fluyen electrones, a través del metal, La electricidad fluye por medio del movimiento de los iones, de modo que el ataque es localizado, más que uniforme. (9)

20

Marco Teórico

Estos tipos de corrosión pueden subdividirse en cierto número de formas diferentes de corrosión, por ejemplo: corrosión por metal líquido, lixiviación selectiva, disolución y oxidación de los materiales cerámicos, ataque químico a polímeros, celdas de composición, de esfuerzo, de concentración, corrosión microbiana, por picadura, por grietas, etc. Se presentarán para conocerlas un poco más a fondo.

1.3.1.1 Corrosión química En la corrosión química, es decir, en la disolución directa, un material se disuelve en un medio corrosivo líquido. El material seguirá disolviéndose hasta que se consuma totalmente o hasta que se sature el líquido.

1.3.1.1.1 Corrosión por metal líquido Los metales líquidos atacan primero un sólido en lugares de alta energía, como son los límites de grano. Si estas regiones continúan siendo atacadas de manera preferencial, finalmente se presentaran grietas (figura1.1). Con frecuencia, esta forma de corrosión se complica por la presencia de fuentes que aceleran el ataque o mediante corrosión química. Algunos metales agresivos, como el litio líquido, también pueden atacar los materiales cerámicos. En la figura1.1 el plomo se conserva en cubas acero grueso durante su refinado. En este caso, el plomo fundido ha atacado una soldadura en una placa de acero y se han desarrollado grietas. Eventualmente, las grietas se propagaron a través del acero y la cuba tuvo una fuga de plomo fundido.

Figura 1.1placa de acero atacada con plomo fundido 21

Marco Teórico

1.3.1.1.2 Lixiviación selectiva Un elemento particular de una aleación se puede someter a un proceso de lixiviación selectiva para separarlo del sólido. En un latón que contenga más de 15% de Zn se puede presentar el dezincificado. A altas temperaturas, tanto el cobre como el zinc se disuelven mediante soluciones acuosas; los iones de zinc se quedan en la solución, en tanto que los iones de cobre se vuelven a depositar en el latón (figura 1.2). Finalmente, el latón se hace poroso y débil. En la figura 1.2 se muestra una microfotografía de un depósito de cobre en el latón mostrando el efecto del dezincificado.

Figura 1.2 microfotografía de latón dezincificado (50 x)

1.3.1.1.3 Disolución y oxidación de los materiales cerámicos Los materiales cerámicos refractarios que se utilizan para contener el metal fundido durante la fusión y el refinado pueden ser disueltos por escorias producidas sobre la superficie del metal. Por ejemplo, un refractario acido se verá rápidamente afectado por una escoria básica.

1.3.1.1.4 Ataque químico a los polímeros En comparación con los metales y los materiales cerámicos de óxido, los plásticos se consideran resistentes a la corrosión. El teflón (politetrafluoroetileno) y el vitón

22

Marco Teórico

son algunos de los materiales más resistentes y que se utilizan en muchas aplicaciones, incluyendo la industria de los procesos químicos. Estos y otros materiales poliméricos pueden resistir la presencia de muchos ácidos, bases y líquidos orgánicos. Sin embargo, a menudo se difunden solventes agresivos en los polímeros termoplásticos de bajo peso molecular. Conforme el solvente se incorpora en el polímero, las moléculas de solvente más pequeñas separan las cadenas, causando hinchazón. La resistencia de los enlaces entre cadenas disminuye. Esto genera polímeros más blandos, de menor resistencia, con una baja temperatura de transición. En casos extremos, la hinchazón causa agrietamiento por esfuerzo.

1.3.1.2 Corrosión electroquímica La corrosión electroquímica, la forma más común de ataque a los metales, se presenta cuando los átomos del metal pierden electrones se convierten en iones. Conforme el metal se consume gradualmente mediante este proceso, se forman normalmente

un

subproducto

del

proceso

de

corrosión.

La

corrosión

electroquímica ocurre con mayor frecuencia en un medio acuoso, en donde los iones están presentes en el agua, la tierra o el aire húmedo. En este proceso se crea un circuito eléctrico y el sistema se conoce como celda electroquímica.

Hay cuatro componentes de una celda electroquímica (figura 1.3) 

El ánodo cede electrones hacia el circuito y se corroe.



El cátodo recibe electrones del circuito a través de una reacción química o catódica. Los iones que se combinan con los electrones crean un subproducto en el cátodo.



El ánodo y el cátodo deben de estar conectados eléctricamente, generalmente por un contacto físico, para permitir el flujo de electrones del ánodo al cátodo y continuar la reacción.



Un electrolito líquido debe estar en contacto tanto con el ánodo como con el cátodo. El electrolito es conductor, con lo que se cierra el circuito. Aporta los medios por los cuales los iones metálicos salen de la superficie del 23

Marco Teórico

ánodo y se aseguran que los iones se muevan hacia el cátodo para aceptarlos electrones.

En la figura 1.3 se presentan una celda electroquímica simple (a) y una celda de corrosión entre una tubería de acero para el agua y un acoplamiento de cobre (b) mostrando en ellas el ánodo, el cátodo y la dirección del flujo de iones y electrones. .

Figura 1.3 Componentes de una celda electroquímica

Reacción anódica el ánodo, que es un metal, sufre reacción de oxidación mediante la cual se ionizan los átomos metálicos. Los iones metálicos entran en la solución electrolítica, en tanto que los electrones salen del ánodo a través de la conexión eléctrica:

Dado que los iones metálicos salen del ánodo, este se corroe o se oxida. Reacción catódica en la electrodeposición en la electrodeposición, se presenta en el cátodo una reacción de reducción catódica, que es la inversa de la reacción anódica:

24

Marco Teórico

Los iones metálicos, ya sea que se hayan añadido intencionalmente al electrolito o que se hayan formado debido a la reacción anódica, se combinan con los electrones en el cátodo. El metal entonces cubre la superficie del cátodo.

1.3.1.2.1 Tipos de corrosión electroquímica El ataque galvánico ocurre cuando ciertas áreas actúan siempre como ánodos, en tanto que otras lo hacen siempre como cátodos. Estas celdas electroquímicas se conocen como galvánicas y se pueden decidir en tres tipos: celdas de composición, celdas de esfuerzo y celdas de concentración.

1.3.1.2.2 Celdas de composición Las celdas de composición, o corrosión metálica disimilar, se presentan cuando dos metales o aleaciones, como el cobre y el hierro, forman una celda electrolítica. Debido al efecto en la polarización de los elementos de aleación y de las concentraciones del electrolito, las series fem quizá no nos digan cual región se corroerá y cual quedara protegida.

1.3.1.2.3 Celdas de esfuerzo Estas celdas se desarrollan cuando un metal contiene regiones con esfuerzos locales diferentes. Las regiones con esfuerzos más elevados, es decir, las de más alta energía, actúan como ánodos en relación con las áreas catódicas con menos esfuerzos (figura 1.4). Las regiones con un tamaño más fino de grano, y que, por tanto tiene una densidad más elevada de límites de grano resulta anódicas en relación con las regiones de granos gruesos del mismo material. Las aéreas severamente trabajadas en frio son anódicas en relación con las que sufrieron menos trabajo, En la figura 1.4 se presentan unos ejemplos de celdas de esfuerzo. La primera parte (a) presenta que el trabajo en frio requerido para doblar una barra de acero introduce elevados esfuerzos residuales en el dobles, mismo que entonces es anódico y que se corroe. La segunda parte (b) nos muestra que dado que los límites de grano tienen una gran energía, son ánodos y se corroen.

25

Marco Teórico

Figura 1.4 Ejemplos de celdas de esfuerzo.

1.3.1.2.4 Celdas de concentración Estas se desarrollan debido a diferencias en la concentración del electrolito (figura1.5) de acuerdo con la ecuación de Nernst, una diferencia en la concentración de iones metálicos causa una diferencia en el potencial de electrodo. El metal en contacto con la solución más concentrada es el cátodo; el metal en contacto con la solución diluida es el ánodo.

La celda de concentración de oxigeno (a menudo conocida como inanición de oxigeno) ocurre cuando la reacción catódica es el electrodo de oxígeno,

(

) .

Los electrones fluyen de la región de bajo oxígeno, que sirve como ánodo, a la región de alto oxígeno, que sirve como cátodo. Los depósitos por ejemplo la herrumbre o las gotas de agua, protegen del oxígeno al metal subyacente. En consecuencia, el metal por debajo del depósito es un ánodo y se corroe. Esto 26

Marco Teórico

causa una formación de corrosión por picaduras. La corrosión en la línea de flotación de agua es similar. El metal por arriba del nivel de agua está expuesto al oxígeno, en tanto que el metal por debajo del mismo no lo está: por tanto, el metal por debajo del agua se corroe. Normalmente, el metal muy alejado de la superficie se corroe más lentamente que el metal justo por debajo del agua, debido a diferencias en las distancias que beben recorrer los electrones.

La figura 1.5 muestra dos celdas de concentración, la primera representa una gota de agua sobre una placa de acero, al contener una baja concentración de oxigeno se presenta la corrosión (a). La segunda muestra una corrosión en una hendidura por el pobre acceso de oxigeno (b).

Figura 1.5 Celdas de concentración.

1.3.1.2.5 Corrosión microbiana Varios microbios, como los hongos y las bacterias, crean condiciones que fomentan la corrosión electroquímica. Particularmente en entornos acuosos, estos organismos crecen sobre superficies metálicas; normalmente, forman colonias que no son continuas. Las presencia de las colonias y los subproductos del crecimiento de los organismos producen cambios en el entorno y, por tanto, cambios en la velocidad con que ocurren.

27

Marco Teórico

Algunas bacterias reducen los sulfatos del ambiente, produciendo ácido sulfúrico, el cual, a su vez, ataca el metal. Las bacterias pueden ser aeróbicas (que prosperan cuando hay oxigeno disponible) o anaeróbicas (que no necesitan oxígeno para crecer). Estos tipos de bacterias causan ataques sobre una diversidad de metales, incluyendo los aceros. Un ejemplo común se presenta en los depósitos de combustible de aluminio de las aeronaves. Cuando el combustible, que por lo común es queroseno, se contamina con humedad, crecen las bacterias y excretan ácidos. Estos ácidos atacan el aluminio, lo que finalmente creo fugas en el depósito de combustible. La figura 1.6 muestra una fotografía a 2700x donde se observa una celda bactriana que crese en una colonia (a) y la formación de un tubérculo y de una caverna bajo una colonia biología (b). (10)

Figura 1.6 Celda bacteriana (a) y formación de un tubérculo (b)

1.3.1.2.6 Corrosión por picadura La picadura es una forma de ataque corrosivo que produce hoyos o pequeños agujeros en un metal. Esta forma de corrosión es muy destructiva para las estructuras de ingeniería si causa la perforación del metal. La picadura es amenudeo difícil de detectar porque los pequeños agujeros causados por la picadura pueden cubrirse con los productos de la corrosión. Asimismo, el número

28

Marco Teórico

y profundidad de los agujeros puede variar enormemente y por eso la extensión del daño producido por la picadura puede ser difícil de evaluar.

La picadura se inicia en aquellos lugares en que se produce un aumento local de la velocidad de corrosión. Lugares comunes en que se inicia el agujero son: inclusiones, heterogeneidades estructurales y heterogeneidades de composición sobre una superficie metálica. Diferencias en concentraciones iónicas u de oxigeno originan pilas de concentración que también pueden iniciar la picadura.

1.3.1.2.7 Corrosión por grietas La corrosión por grietas es una forma de corrosión electroquímica localizada que puede presentarse en grietas o hendiduras y bajo superficies protegidas donde pueden existir disoluciones estancadas. La corrosión por grietas es de gran importancia en ingeniería cuando ocurre bajo juntas, remaches y pernos, entre válvulas y sus asientos, bajo depósitos porosos y en muchas otras situaciones similares.

Para que ocurra corrosión por grietas, la grieta ha de ser suficientemente estrecha para alojar líquidos estancados. Por tanto este tipo de corrosión ocurre frecuentemente con aberturas de unos pocos micrómetros o menos. Las juntas fibrosas que pueden actuar como absorbentes de una solución electrolítica y a la vez mantenerla en contacto con la superficie metálica son localizaciones ideales de corrosión por grietas. (1)

1.4 Simulación La palabra simulación proviene del latín simulatĭo, que significa acción de simular, es decir, representar algo, fingiendo o imitando lo que no es, viéndose en este contexto, como el uso de modelos simplificados para representar un determinado proceso y así poder predecir sus resultados. La simulación de procesos químicos está naturalmente vinculada al cálculo de los balances de materia, energía y eventualmente cantidad de movimiento de un proceso, cuya estructura y datos 29

Marco Teórico

preliminares de los equipos que lo componen, se conocen, permitiendo así llevar a cabo tareas como el análisis, la evaluación y la obtención de costos estimativos de varias alternativas viables y competitivas para dicho proceso, así como también la evaluación y optimización de un diseño ya establecido para dicho proceso, en períodos de tiempo mucho más reducidos. Es así como los simuladores de procesos se han convertido en la herramienta más importante en el análisis y la síntesis de procesos químicos. (11)

La simulación de procesos puede ser definida como una técnica para evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo, mediante modelos matemáticos. La solución de estos se lleva a cabo por medio de programas de computadora y permite tener un mejor conocimiento del comportamiento de dicho proceso. El número de variables que aparecen en la descripción matemática de una planta de proceso químico puede ser tan grande como 100 000, y el número de ecuaciones no lineales que deben de resolver pueden ser del orden de miles, por lo tanto la única forma variable de resolver el problema es por medio de una computadora.

Existe una gran variedad de simuladores de procesos comerciales, algunos de los cuales son poderosas herramientas de calcula en procesos industriales, con enormes bases de datos y un fuerte respaldo de bibliotecas para cálculos de equipos y bibliotecas de modelos para cálculos termodinámicos, que le dan al simulador la ventaja de una gran versatilidad. Algunos de estos simuladores de procesos de propósitos generales son: Aspen Plus y Speedup (de Aspen techonogi, USA), Pro II (de simulations Sciences, USA), hysys (de hyprotech, Canadá), Chemcad (de Chemstations, USA), etc. Aspen plus, pro II y chemcad son simuladores de procesos en estado estable, Speedup es un simulador de proceso dinámico y Hysys es útil para los dos tipos de simulación.

Un aspecto muy importante en los simuladores de procesos, es la disponibilidad de propiedades termodinámicas y de trasporte de las corrientes del proceso, estas 30

Marco Teórico

propiedades son fundamentales para efectuar los balances de materia y de energía al grado de que si tenemos buenos datos o buenas correlaciones para las propiedades, entonces los resultados de la simulación serán altamente confiables.

Los simuladores modernos deben de permitir la selección de los modelos de propiedades termodinámicas adecuados para la naturaleza de los componentes químicos, estado agregación y condiciones de operación. Las corrientes del proceso pueden ser: 

Gases a baja y alta presión



Solución liquida con componentes no polares, polares y electrolitos a baja y alta presión.



Sólidos en suspensión o finalmente divididos.

Esta característica son las que permiten que un simulador de procesos pueda presentar una gran variedad de plantas industriales. En la ponencia

IMIQ 1987 “El perfil del ingeniero químico del siglo XXI”, se

recomienda el software en ingeniería química como una de las asignaturas técnicas a reforzar y al mismo tiempo como una de las aéreas de oportunidad más relevantes del próximo siglo (Martínez, 2000). Recientemente, en la ponencia IMMIQ 1997 “La formación del ingeniero químico del nuevo milenio”, las tres asignaturas técnicas que más se recomienda reforzar en los planes de estudio de ingeniería química son: ingeniería ambiental, simulación de procesos y software en ingeniería química (Martínez, 2000). Curiosamente, el uso de simuladores de procesos está relacionado con las tres asignaturas.

Por otra parte, es importante señalar que en México el uso de los simuladores de procesos está redituando enormemente beneficios a las industrias que han tomado la decisión de utilizarlos. (12)

31

Marco Teórico

1.4.1 Aspen En 1970, unos investigadores del Laboratorio de Energía del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) diseñaron un programa prototipo para la simulación de procesos, al cual denominaron Sistema Avanzado para Ingeniería de Procesos (ASPEN, del inglés Advanced System for Process Engineering). Este software ha sido comercializado desde 1980 por la compañía Aspen Tech.

Aspen Tech ha desarrollado muchos programas dentro del marco de la simulación de procesos químicos, entre ellos se destaca el paquete Aspen Engineering Suite, el cual básicamente está desarrollado para aplicaciones del campo de la ingeniería, en general. Entre los diversos programas de este paquete se encuentran programas como Aspen Plus, Aspen Dynamics, Aspen Properties, Aspen Oli, Aspen Process Manual, entre otros.

Aspen Plus es un programa básicamente de simulación de procesos químicos, en el cual además de simulaciones de diagramas de flujo, se puede realizar: estimación de propiedades de compuestos, análisis de sensibilidad de variables de proceso, obtener especificaciones de diseño de proceso, y síntesis y análisis de procesos químicos, entre otras tareas del diseño de procesos y equipos.

Aspen Plus, al igual que muchos de los programas diseñados para la interacción con el usuario, posee una interfaz de usuario, conocida como Aspen Plus User Interface, la cual está básicamente constituida por una barra de título, una barra de menús, una barra de herramientas, un espacio de trabajo, una librería de modelos y una barra de estado. La Figura1.7 muestra las partes básicas de la interfaz de usuario. 

Barra de título: Muestra los nombres del programa y del archivo de simulación en ejecución.

32

Marco Teórico



Barra de menús: Contiene los menús de la interfaz, donde cada uno de ellos, cuando son desplegados, permite la ejecución de la mayoría de las tareas que se pueden hacer con el programa.



Barra de herramientas: Contiene las herramientas de mayor uso del programa, en forma de iconos, para su fácil consecución al momento de trabajar con el programa.



Espacio de trabajo: Es el área donde se construye el diagrama de flujo de proceso para la simulación.



Librería de modelos: Contiene los modelos de los equipos que se pueden usar en el diagrama de flujo, y por ende en la simulación.



Barra de estado: En todo momento, muestra mensajes del estado de la simulación.

Figura 1.7. Partes básicas de la interfaz de usuario de Aspen Plus.

33

Marco Teórico

Adicional a las características anteriores, el programa cuenta con un asistente para el manejo y la administración de los datos de la simulación, conocido como Data Browser, el cual se puede encontrar fácilmente en la barra de herramienta de datos o en el menú Data, en la opción Data Browser. La barra de herramienta de datos (Figura 1.8), como su nombre lo dice, es la barra de herramientas más importante en la simulación, pues por medio de ella se proveen los datos y se obtienen los resultados de la simulación. Los iconos de esta barra, en el orden que se ven en la Figura 1.8 son: setup, components, physical propertiles, streams, blacks, data browser, next.

Figura 1.8 Barra de herramientas de datos 

Setup: Permite llenar las especificaciones generales de la simulación, como lo son tanto las unidades de los datos de entrada como las de los resultados, el nombre de la simulación, el tipo de simulación, entre otras.



Components: Permite llevar a cabo la selección de los componentes a usar en el proceso de simulación.



Physical Properties: Permite llevar a cabo la selección del (de los) modelo (s) termodinámico (s) a usar en el proceso de simulación.



Streams: Permite realizar la especificación de las corrientes de alimentación del proceso, es decir, el ingreso de los datos de cada una de las corrientes de alimentación pertenecientes al proceso.

34

Marco Teórico



Blocks: Análogo al icono Streams, pero para los equipos o módulos operacionales del proceso, como lo son los reactores, columnas, separadores, entre otros módulos insertados desde la librería de modelos.



Data Browser: Como se mencionó anteriormente, éste es el asistente que permite la manipulación de datos y especificaciones de la simulación. Existen básicamente dos formas de ingresar los datos y especificaciones de la simulación: (1) por medio de la secuencia de iconos, los cuales, cada uno está asociado directamente a formularios de llenado de datos y especificaciones; o (2) por medio del Data Browser, el cual, particularmente, permite

la

administración

de

todas

las

funciones

especificadas

anteriormente, desde las especificaciones generales de la simulación, dadas en el botón Setup, hasta las especificaciones de los módulos de operación, dadas en el botón Blocks. 

Next: Existe un séptimo icono en la barra de herramienta de datos, como lo es el Botón Next, el cual es uno de los botones más importantes de la barra de herramientas general, pues por medio de éste se puede navegar entre los diferentes formularios requeridos en la administración de datos y especificaciones de la simulación. (14)

1.5 Datos de corrosión Para poder obtener los datos de corrosión se utilizarán graficas de isocorrosion, de ácido acético y ácido fórmico, con curvas de 0.1 mpy (milésimas por año por sus siglas en ingles) para acero al carbón, las cuales se utilizarán como base para crear un nomograma el cual contendrá distintas curvas de isocorrosión, a las que se les colocará una escala relativa partiendo del número ya dado, es decir con estos datos solo se podrá afirmar que la corrosión es alta o baja para cada plato, tomando como base de corrosión de la curva problema.

35

Marco Teórico

Figura 1.9 Curva de isocorrosion de ácido acético 0.1 mpy

Figura 1.10 Curva de isocorrosion de ácido fórmico 0.1 mpy 

Con ayuda de Microsoft Excel se crearan curvas paralelas de isocorrosion para ambas gráficas, a las nuevas curvas se les asignara una numeración relativa en mpy comenzando la numeración a partir de 0.1 mpy creando nuestros propios nomogramas.

36

TEMPERATURA C°

Marco Teórico

180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60

1.0 MPY 2.0 MPY 3.0 MPY 4.0 MPY 5.0 MPY 6.0 MPY 7.0 MPY 8.0 MPY 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

CONCENTRACION %

TEMPERATURA C°

Figura 1.11Nomograma de isocorrosiones de ácido acético

180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

1.0 MPY 2.0 MPY 3.0 MPY 4.0 MPY 5.0 MPY 6.0 MPY 7.0 MPY 8.0 MPY 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

CONCENTRACION %

Figura 1.12 Nomograma de isocorrosiones de ácido fórmico 

Con las nuevas gráficas, con curvas de isocorrosiones, se procederá a realizar un perfil de concentración plato a plato (figura 1.13), para determinar la corrosión por ácido acético, acido fórmico y la suma de estos en MPY, la curva resultante, de la sumatoria de los ácidos orgánicos, se tomará como nivel máximo de corrosión, es decir, se buscará por algún método bajar los niveles de corrosión de esta curva. 37

Marco Teórico

9 8 7 MPY

6 5

MPY CH3COOH

4

MPY HCOOH

3

MPY TOTAL

2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PLATO

Figura 1.13 perfiles de corrosión inicial

38

Metodología

Capítulo II METODOLOGÍA 2.1 Simulación del caso problema Celanese es una empresa internacional de tecnología y materiales especializados que diseña y fabrica una amplia variedad de productos esenciales para la vida diaria. La división Acetilos intermedios elabora una amplia variedad de sustancias químicas básicas que se utilizan para crear productos esenciales para la vida cotidiana. Esta línea de productos, incluidos el ácido acético y el monómero de acetato de vinilo, se utilizan en una amplia variedad de industrias para aplicaciones en colorantes, pinturas, adhesivos, recubrimientos y medicamentos, entre otras.

En la unidad de producción de ácido acético se encontró que la última columna contenía valores altos de corrosión, 64 mpy (milésimas por año por sus siglas en ingles), este problema se plantea como una pregunta. ¿Qué se debe hacer en la columna final de la unidad de acético para detener inmediatamente la corrosión presente, sin parar la unidad ni bajar la producción?, detallando que la columna contiene 50 platos teóricos con un flujo y composición de alimentación a la torre de 15000 kg/hr con ácido acético 92 %, ácido fórmico 1%, y agua 7% en el plato 40, con un corte lateral de 9450 kg/hr, un reflujo de 10 y una atmosfera de presión.

Para encontrar una solución al problema de corrosión existente en la torre, se implementará como herramienta de trabajo aspen plus, ya que el algoritmo que contiene puede resolver simultáneamente cuatro tipos de ecuaciones: masa, equilibrio, composición y energía para cada componente y para cada fase, así como también la tempera de cada plato.

39

Metodología



Abrir aspen plus (dando doble clic en el icono de aspen plus), seleccionar la opción simulación en blanco como se muestra en la figura 2.1, para poder continuar dar ok.

Figura 2.1 Ventana de inicio de Aspen 

Elegir la opción COLUMNS de la parte inferior de aspen plus, escoger la columna de tipo RAD FRAC para colocarla en la hoja de simulación se da clic sobre ella y dar clic a la opción SELECT MODE para continuar con la simulación.

Figura 2.2 Selección de columna 40

Metodología



Para poder colocar la corriente de entrada y las de salida se activa la opción de MATERIAL STREAMS que se encuentra en la parte inferior izquierda de aspen plus, las flechas rojas (corriente requeridas) y/o azules (corrientes opcionales).

Figura 2.3 Corrientes de entrada y salida en la torre 

Para darle una corriente de entrada se da clic a la flecha roja que se encuentra en la parte izquierda de la columna y se arrastra un poco hacia el mismo sentido para crear una línea tan larga como se desee.

Figura 2.4 Corriente de alimentación 41

Metodología



Para las corrientes de salida se hará lo mismo que en el paso anterior, tomando las dos flechas rojas y una azul, cambiando la dirección de arrastre, estas serán hacia la derecha.

Figura 2.5 Corrientes de salida 

Dar clic a la opción SELECT MODE, para empezar la simulación se da clic en SETUP donde se puede nombrar la simulación o dejarla sin título.

Figura 2.6 Ventana para nombrar la simulación

42

Metodología



Damos clic a NEXT donde Aparecerá una ventana en la cual se introducirán los componentes ya sea con su nombre en inglés o por su fórmula química.

Figura 2.7 Componentes de la simulación 

Seleccionamos NEXT para poder elegir el tipo de proceso y la base del método

Figura 2.8 Ventana para seleccionar tipo y base del proceso 

Damos clic a NEXT y nos mandara una pequeña ventana que dirá “vaya al siguiente paso requerido. o suministre la información de propiedades adicionales”, en las opciones damos clic en “ir al siguiente paso de entrada requerido” y damos clic en OK. 43

Metodología



A continuación se solicitara poner las concisiones de la corriente de entrada temperatura, presión y flujo así como también las composiciones de cada compuesto.

Figura 2.9 Condiciones de la simulación 

Damos clic a NEXT y Colocamos las opciones de configuración, tipo de cálculo (calculation type), numero de etapas (number of stages), y condensador (condenser) así como las especificaciones de operación (operating specifications), velocidad de destilación (distilla rate), y proporción de reflujo (reflux ratio)

Figura 2.10 Configuraciones y especificaciones de la simulación 44

Metodología



Damos clic a NEXT para colocar el número del plato por el cual se alimentará la torre (feed streams) y especificamos las condiciones de la corriente de corte lateral

Figura 2.11 Plato de alimentación y corte lateral 

Damos clic a NEXT para colocar la presión del condensador

Figura 2.12 Presión del condensador 

Damos clic a NEXT y aparecerá un recuadro indicando que todas las entradas requeridas para aspen están correctas, preguntara si estamos listos para empezar la simulación damos aceptar. 45

Metodología



Aspen empezara a correr la simulación con los datos dados y en una ventana se verá el progreso de estos, una vez terminada la simulación en la misma ventana aparecerá que se concluyó la simulación y si existen errores los reportará.

Figura 2.13 Panel de control 

Cerramos las dos ventanas y se podrá observar escrito “resultados disponibles” (results available) de color azul sobre la parte inferior derecha de la ventana de aspen indicando que aspen ha concluido perfectamente la simulación.

Figura 2.14 Simulación finalizada 46

Metodología

2.2 Simulación de variación de reflujo Para buscar una solución variando el reflujo de la torre, se deberá seguir los pasos de la simulación inicial hasta llegar al paso en el cual se pide introducir los datos de reflujo, en esta parte de la simulación es donde se variara el reflujo inicial por el reflujo deseado, continuando con los pasos de la simulación, antes realizada, hasta concluirla; Los datos de reflujo se variarán hasta llegar a obtener un resultado satisfactorio en contra de la corrosión.

Figura 2.15 Cambio de reflujo

2.3 Simulación de 1 corriente de agua en la alimentación Al introducir una corriente de agua en la alimentación se ocupara un mezclador el cual recibirá la corriente de alimentación inicial y una corriente externa de agua, la mezcla resultante será la nueva corriente de alimentación, la cual entrará en la torre con la finalidad de reducir los efectos corrosivos en ella. 

Seleccionar la opción de MIXER que se encuentra en la barra inferior izquierda de aspen para seleccionar un mezclador, a continuación colocarlo sobre la hoja de simulación y seleccionar SELECT MODE para poder seleccionar la opción COLUMNS de donde se tomará una columna de tipo RAD FRAC la cual se colocará delante del mezclador para poder continuar se seleccionará nuevamente SELECT MODE.

47

Metodología

Figura 2.16 Mezclador

Figura 2.17 Mezclador y columna 

Se colocarán las corrientes de entrada y salida, de la misma manera que en las simulaciones anteriores, seleccionado MATERIAL STREAM, para el mezclador se colocarán 2 entradas de alimentación, seleccionado primero la flecha roja, que se encuentra a la derecha del mezclador, y después seleccionando la flecha azul que se encuentra en el mismo sitio.

48

Metodología

(a)

(b) Figura 2.18 Corriente de entrada al mezclador (a) y unión a la columna (b) 

Para iniciar con la simulación, al igual que las anteriores, se seleccionará SETUP y se seguirán los mismo pasos hasta llegar al punto donde se piden las especificaciones de las corrientes de entrada del mezclador, corriente 1 y 2, la primera corriente se manejará como la corriente de entrada origina, la segunda corriente será la corriente externa de agua, que se manejara con la misma temperatura y presión; En esta corriente se variará el flujo de entrada.

Figura 2.19 variación del flujo de entrada 49

Metodología

 Para terminar con la simulación se deberán seguir los pasos de las simulaciones anteriormente hechas, buscando que al agregar una corriente externa y variando el flujo de agua se consiga un efecto apaciguador en la corrosión de la torre.

2.4 Simulación con 2 corrientes de agua laterales Para esta simulación se agregarán dos corrientes de alimentación extras de agua a la torre, además de la corriente de alimentación original, se colocará la columna en la hoja de simulación y se procederá a colocar las corrientes de entrada y salida seleccionando MATERIAL STREAMS. 

Para colocar las dos corrientes extras de alimentación se deberá crear primero la corriente principal, la cual está marcada con rojo en la torre, las dos corrientes extras se crearan de la misma manera como se hizo en la simulación anterior, la flecha azul, continuando con las corrientes de salida de la torre.

Figura 2.20 Corrietes de entrada y salda

50

Metodología



A continuación de haber creado las corrientes se iniciará la simulación con los mismos pasos que la simulación anterior, seleccionando SETUP para agregar las especificaciones, tomando en cuenta que las corrientes extras contendrán solamente agua y un flujo comparado al de la alimentación, se continuará con los mismos pasos anteriores hasta llegar al punto en el cual pide el número del plato de entrada para ambas corrientes, los cuales serán aleatoriamente seleccionados, para terminar con la simulación se seguirá con los pasos finales de la simulación anterior.

Figura 2.21 Numeró de plato para las nuevas corrientes

2.5 Simulación con 1 corriente de agua lateral Se deberán seguir los primeros pasos de la simulación inicial hasta llegar al paso en el cual se colocan las corrientes de entrada y salida; Seguido de eso: 

colocar una corriente extra de alimentación a la torre, al igual que al mezclador se utilizara la flecha azul que existe después de crear la primera corriente, a continuación se crean el resto de las salidas como se han estado realizando en las simulaciones anteriores.

Figura 2.22 Corrientes de entrada y salida 51

Metodología



se iniciara la simulación seleccionando SETUP y se seguirán los pasos de la simulación inicial, tomando en cuenta que la corriente extra de alimentación contendrá solamente agua y un flujo comparado al de la alimentación, al llegar al paso en el cual se pide especificar en qué número de plato entrará la corriente de alimentación encontraremos que también se solicita el número del plato en que deberá entrar la nueva corriente extra de agua, el número del plato de entrada de la nueva corriente será aleatoriamente seleccionado; Para concluir con la simulación se seguirá con los pasos restantes. El número del plato de entrada de la corriente extra será seleccionado hasta encontrar el que mejor combata la corrosión.

Figura 2.23 Numeró de plato de la nueva corriente

52

Resultados

Capítulo III RESULTADOS 3.1 Resultados del caso problema Los resultados obtenidos de la simulación de la torre afectada se presentan en la tabla 3.1, la cual muestra la concentración de los ácidos orgánicos, la temperatura y la corrosión relativa presente en cada plato (MPY), así como también la sumatoria individual de la corrosión por ácido acético, acido fórmico y la corrosión total relativa presente en toda la torre.

Tabla 3.1 Concentración y corrosión (mpy) plato a plato de la torre problema. PLATO CONCENTRACIÓN CONCENTRACIÓN TEMPERATURA CH3COOH HCOOH C° 1 0.63812944 0.03948219 107.433754 2 0.76031223 0.02748651 110.056522 3 0.8443129 0.01885398 112.321104 4 0.89777758 0.01305189 114.024157 5 0.93012206 0.00931601 115.174134 6 0.94552975 0.00741198 115.756427 7-40 0.95287219 0.00644014 116.041314 41 0.97587199 0.00353629 116.978216 42 0.98572965 0.002283 117.399643 43 0.99159951 0.00146702 117.654465 44 0.99506641 0.0009397 117.805663 45 0.99710566 0.00060036 117.894395 46 0.9983032 0.00038254 117.94615 47 0.99900634 0.00024292 117.97624 48 0.99941952 0.00015351 117.993709 49 0.99966264 9.63E-05 118.003846 50 0.99980595 5.97E-05 118.00973 TOTAL

MPY CH3COOH 2 2.3 4.7 6.4 6.2 6 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 256.4

MPY HCOOH 2.2 2 1.7 1.9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7.8

MPY TOTAL 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 264.2

Al graficar los valores relativos de corrosión plato a plato se puede observar que el ácido acético es el causante de la mayor parte de la corrosión presente en la torre, ya que el ácido fórmico tiene índices muy bajos, al hacer la suma de la corrosión de ambos ácidos se observa un gran incremento de la corrosión total en los primeros platos de la torre, la corrosión presente en los platos del 7 al 40 es 53

Resultados

constante y se mantiene moderada, al llegar a los platos finales de la torre se observa un descenso en la corrosión hasta llegar a niveles bajos.

9 8 7

MPY

6 5

MPY CH3COOH

4

MPY HCOOH

3

MPY TOTAL

2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PLATO

Figura 3.1 Perfil de corrosión inicial.

3.2 Resultados de la variación de reflujo Al variar la relación de reflujo de la torre en 11 números aleatorios, los cuales fueron: 1, 5, 10, 25, 50, 60, 70, 75, 80, 90 y 100, se observó que el reflujo máximo es de 75 ya que al sobrepasar este reflujo los valores permanecen casi constantes la variación entre ellos es muy poco considerable. Los resultados de cada uno de los reflujos se presentan en la tabla 3.2, en la cual se compara la cantidad plato a plato de corrosión total inicial o problema con la corrosión total obtenida plato a plato por cada reflujo, así como también la corrosión total. En la tabla 3.2 se observa que los valores totales de corrosión disminuyen conforme aumentar el reflujo, al llegar a un reflujo de 75 el valor de corrosión total es de 182.5 MPY y el inicial es de 264.2 MPY la diferencia entre estos dos reflujos es de 81.7 MPY lo cual hace de este reflujo la mejor opción.

54

Resultados

Tabla 3.2 Corrosión total a distintos reflujos. PLATO 1 2 3 4 5 6 7 8-10 11 12 13-40 41 42 43 44 45 46-48 49-50 TOTAL

MPY TOTAL INICIAL 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 264.2

MPY TOTAL 1 4.3 6.8 8.1 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 6.2 5.7 4.6 3.8 3.8 3.3 3.3 366.9

MPY TOTAL 5 4.4 4.4 6.8 8.3 6.3 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 5.2 4.8 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 284.1

MPY TOTAL 25 4.6 4.1 5.9 8 6.2 5.7 5.2 4.6 4.6 4.6 3.8 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 202.6

MPY TOTAL 50 4.6 4.7 5.6 8.1 6.2 5.2 4.6 3.8 3.8 3.8 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 197.9

MPY TOTAL 60 4.6 4.7 5.6 8.1 6.2 5.2 4.6 3.8 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 183.4

MPY TOTAL 70 4.6 4.7 5.6 8.1 6.2 5.2 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 182.9

MPY TOTAL 75 4.6 4.7 5.6 8.1 6.2 5.2 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 3.4 182.5

Graficando los resultados para hacer una comparación visual es posible afirmar que el más apropiado es el reflujo de 75 ya que aunque mantiene la corrosión alta en los primeros platos en el resto de la columna si tiene un gran impacto al bajar

MPY

los nivel de corrosión de un nivel moderado a un nivel bajo. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

MPY TOTAL inicial MPY TOTAL 1 MPY TOTAL 5 MPY TOTAL 25 MPY TOTAL 50 MPY TOTAL 60 MPY TOTAL 70 0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50

PLATO

MPY TOTAL 75

Figura 3.2 Perfil de corrosiones a diferentes reflujos. 55

Resultados

3.3 Resultados de 1 corriente de agua en la alimentación Para adicionar agua a la alimentación se utilizó un mezclador al cual se le agrego una corriente de agua, las simulaciones fueron hechas con 4 diferentes flujos: 500, 1000, 1500 y 2000 Kg/hr. Los resultados de las simulaciones se presentan en la tabla 3.3 en la cual se puede observar la corrosión total por cada plato y la corrosión total de la torre para cada simulación.

Tabla 3.3 Corrosiones totales a diferentes flujos. PLATO 1 2 3 4 5 6 7 8 9-39 40 41 42 43 44-48 49 50 TOTAL

MPY TOTAL INICIAL 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 5.7 5.7 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.4 3.4 264.2

MPY TOTAL 500 3.8 3.7 3.8 6.8 6.3 6.3 6.2 6 6 5.6 4.6 3.8 2.8 3.3 3.4 3.4 269

MPY TOTAL 1000 3.4 3.4 3.4 4.2 5.5 6.3 6.3 6.3 6.2 6 5.2 3.8 3.8 3.3 3.3 3.4 273

MPY TOTAL 1500 3.2 3.2 3.2 3.6 3.5 5.9 6.3 6.3 6.3 6.2 5.2 4.8 3.8 3.3 3.3 3.4 273.7

MPY TOTAL 2000 2.5 3 3 3.4 4 4.7 5.9 6.3 6.4 6.2 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.4 274.7

Graficando los resultados se puede observar, que con este método, los platos con altos puntos de corrosión son considerablemente reducidos, pero en los platos con corrosión media no son afectados favorablemente, ya que crecen conforme aumenta el flujo de entrada de agua en la alimentación, con los datos de corrosión total obtenidos podemos decir que agregar agua a la alimentación no favorece la reducción de corrosión total en la torre, pero si baja los niveles de corrosión alta.

56

Resultados

9 8 7

MPY

6

MPY TOTAL inicial

5

MPY TOTAL 500

4

MPY TOTAL 1000

3 2

MPY TOTAL 1500

1

MPY TOTAL 2000

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PLATO

Figura 3.3 Perfil de corrosión a diferentes flujos

3.4 Resultados de 2 corrientes de agua lateral Se realizaron 3 simulaciones distintas en las cuales se utilizaron 3 pares de números aleatorios, en los cuales se colocaron las 2 corrientes de agua con un flujo de 1000 Kg/hr, los cuales fueron: 5-25, 18-45 y 18-25, los resultados de las corrosiones totales por cada plato y la corrosión total presente en la torre para cada simulación están registrados en la taba 3.4.

Al graficar los datos de corrosión total podemos observar que si las corrientes de agua laterales son colocadas en platos muy separados disminuyen solamente los puntos altos de corrosión, pero elevan los puntos moderados en el resto de la torre por lo cual no se tiene un apaciguador de la corrosión, al contrario, si se encuentran más cercanas las corrientes la eficiencia es mayor, ya que las corrientes 18-25 y 5-25 disminuyeron los puntos de corrosión alta y bajaron los puntos de corrosión moderada en toda la torre, como se puede observar en la gráfica 3.4.

57

Resultados

Tabla 3.4 Corrosiones totales con 2 corrientes de agua lateral. PLATO

MPY TOTAL INICIAL 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 264.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9-10 11-17 18-19 20-24 25 26-27 28 29-40 41 42 43-44 45-46 47 48 49-50 TOTAL

MPY TOTAL 5-25 2.5 3 3 3.4 4 4.7 5.9 6.3 6.4 6.4 6.2 6 5.7 5.2 5.2 4.6 3.8 3.8 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 243.6

MPY TOTAL 18-45 2.5 3 3 3.4 2.5 4.7 5.9 6.3 6.4 6.4 6.2 6 6 6 6 6 5.7 5.2 5.2 3.8 3.3 3.3 3.3 269.4

MPY TOTAL 18-25 2.5 3 2.8 3.4 4 5.5 6.3 6.3 6.2 6 6 6 5.7 5.2 4.6 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 239.9

9 8 7

mpy

6 5

MPY TOTAL inicial

4

MPY TOTAL 5-25

3

MPY TOTAL 18-45

2

MPY TOTAL 18-25

1 0 0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50

plato

Figura 3.4 Perfil de corrosión con 2 corrientes laterales de agua. 58

Resultados

3.5 Resultados de 1 corriente de agua lateral Teniendo en cuenta que al simular 2 corrientes laterales cercanas la corrosión disminuye, se procedió a utilizar una sola corriente lateral de agua con un flujo de 1000 Kg/hr, para colocar esta corriente de agua se consideraron los platos 4, 5, 6, 7 y 25 ya que por encima del plato 4 los resultados no varían y entre más alejado del domo esté la corriente se obtienen un valor de corrosión total alto, Los resultados de las simulaciones se presentan en la tabla 3.5.

La tabla 3.5 presenta las corrosiones totales por cada plato y las corrosiones totales de todas las torres simuladas.

Tabla 3.5 Corrosiones totales con 1 corriente lateral de agua. PLATO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-24 25-26 27-40 41 42 43-48 49-50 TOTAL

MPY TOTAL INICIAL 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 4.6 3.8 3.3 3.4 264.2

MPY TOTAL 4 3.3 3.2 3.2 4 5.9 6.2 6 5.7 5.2 5.2 5.2 5.2 3.8 3.8 3.3 3.4 238.1

MPY TOTAL 5 3.2 3.2 3.4 3.9 5.9 6.4 6 5.7 5.2 5.2 5.2 5.2 3.8 3.8 3.3 3.4 238.3

MPY TOTAL 6 3.6 3.4 3.4 4.2 5.5 6.4 6 5.7 5.2 5.2 5.2 5.2 3.8 3.8 3.3 3.4 238.8

MPY TOTAL 7 3.6 3.4 3.4 4.2 5.5 6.3 6.2 6 5.7 5.2 5.2 5.2 3.8 3.8 3.3 3.4 239.7

MPY TOTAL 25 3.6 3.4 3.4 4.2 5.5 6.3 6.3 6.2 6.2 6.2 5.7 5.2 3.8 3.8 3.3 3.4 256.5

Graficando los datos podemos darnos cuenta que entre más alejada del domo este colocada la corriente es menos mediadora de la corrosión, al colocarla cerca del domo la corrosión baja en toda la torre y los puntos altos de corrosión son

59

Resultados

disminuidos, con estos datos graficados (figura3.5), podemos decir que la mejor opción es agregar la corriente en el plato 4 con una flujo de 1000 Kg/hr.

9 8

MPY

7 6

MPY TOTAL inicial

5

MPY TOTAL 4

4

MPY TOTAL 5

3

MPY TOTAL 6

2

MPY TOTAL 7

1

MPY TOTAL 25

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PLATO

Figura 3.5 Perfil de corrosión con 1 corriente lateral.

3.6 Resultados óptimos Teniendo las mejores propuestas de cada opción realizada, reflujo de 75, agregar agua con 2 corrientes laterales 18-25, agregar agua con una corriente lateral 4, se procedió a buscar una solución más efectiva en contra de la corrosión por medio de la combinación de estas. 

Al combinar el utilizar dos corrientes de agua lateral en los platos 18-25 con un reflujo de 75 se obtuvieron los datos presentes en la tabla 3.6, la cual presenta la corrosión total y por cada pato en la torre.

La corrosión total presente en toda la torre disminuye favorablemente de 264.2 mpy iniciales a 178.4 mpy con la unión de estos dos resultados, la diferencia de estos es de 85.8 MPY, la cual es una cantidad considerable, al graficar los datos obtenidos (figura 3.6) se tiene una mejor visión de la corrosión presente plato a plato, observándose una curva de corrosión con puntos de corrosión moderados

60

Resultados

en los platos del 6 al 10 y puntos bajos de corrosión en el resto de la torre comparados con la curva de corrosión inicial.

Tabla 3.6 Corrosión total de la combinación: reflujo 75, 2 corrientes laterales 18-25 PLATO

MPY TOTAL inicial 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.4 264.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11-17 18-40 41 42 43-44 45-48 49-50 TOTAL

MPY TOTAL 3.1 2.7 2.8 3.4 2.7 5.9 6.3 5.6 5.2 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 178.4

9 8 7

MPY

6 5 4

MPY TOTAL

3

MPY TOTAL inicial

2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PLATO

Figura 3.6 Perfil de corrosión reflujo 75 - 2 corrientes laterales 18-25 61

Resultados



Al combinar el utilizar un reflujo de 75 y agregar agua por 1 corriente lateral en el plato 4 con un flujo de 1000 Kg/hr se obtuvieron los datos presentes en la tabla 3.7, la cual presenta la corrosión total y por cada pato en la torre.

Tabla 3.7 Corrosión total de la combinación: reflujo 75, 1 corriente lateral 4 PLATO 1 2 3 4 5 6 7 8 9-10 11-40 41 42 43-45 46-48 49-50 TOTAL

MPY TOTAL INICIAL 4.2 4.3 6.4 8.3 6.2 6 5.7 5.7 5.7 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.4 264.2

MPY TOTAL 3.2 3.2 3.8 4 5.9 6.3 5.7 4.6 3.8 3.3 3.3 3.3 3.3 3.4 3.4 176.8

Comparando los datos de corrosión total, inicial y la combinación hecha por reflujo de 75 y una corriente lateral en el plato 4, obtenemos que existe una diferencia de 87.4 MPY lo cual indica que este método tiene un impacto favorable en la corrosión de la torre, graficando los datos y haciendo una comparación entre las curvas de corrosión obtenidas se puede ver la disminución de los puntos altos de corrosión en la curva inicial, y el descenso de la corrosión en el resto de la torre, teniendo ahora, con la combinación, puntos de corrosión moderada en los platos del 5 al 8 y una corrosión baja en el resto de la torre.

62

Resultados

9 8 7

MPY

6 5 4

MPY TOTAL

3

MPY TOTAL inicial

2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

PLATO

Figura 3.7 Perfil de corrosiones reflujo de 75 - corriente lateral plato 4

63

Conclusiones

CONCLUSIONES 

Con ayuda de tablas de isocorrosion se obtuvieron los valores de corrosión en la torre afectada siendo de 264.2 mpy, al graficarlos valores se observó que contenía 4 platos con alta corrosión, del plato 3 al plato 6, y 35 platos con una corrosión media, del plato 7 al plato 41.



variando la relación de reflujo en la torre con reflujos de 1, 5, 25, 50, 60, 70 y 75 se observo que conforme aumenta el reflujo la corrosión en los platos que presentan corrosión media, baja considerablemente, pero la corrosión alta permanece casi constante en los mismos platos. Al subir el reflujo más de 75 los valores de concentración en los platos de la torre no varían significativamente por lo cual el valor de reflujo máximo se toma como de 75. Gráficamente se puede observar que la línea que sigue el reflujo de 75 es la que mejor controla la corrosión media, al hacer un recuento de corrosión en toda la torre se obtiene una corrosión total de 182.5 mpy siendo inicialmente 264.2 mpy con lo cual se tiene una disminución de 81.7 mpy en toda la torre, haciendo de este reflujo la mejor opción de los utilizados.



Al colocar una corriente de agua en la alimentación, por medio de un mezclador, utilizando flujos de 500, 1000, 1500 y 2000 Kg/hr se obtuvieron valores de corrosión total por encima de los valore iniciales, de la torre con problemas de corrosión, es decir se obtuvieron valores mayores a 264.2 mpy, en cualquiera de las situaciones simuladas, aunque las 4 opciones disminuyeron considerablemente la corrosión alta, incrementaron la corrosión media en relación a como su aumentaba el flujo de entrada de agua, lo cual demuestra que el agregar una corriente de agua en la alimentación solo favorece la aparición de corrosión, se tomó como mejor solución el flujo de 1000 Kg/hr de agua por ser el más equilibrado con la disminución y aumento de la corrosión.



Utilizando 2 corrientes laterales de agua con 1000 Kg/hr en platos intermedios de la torre, 5-25, 18-45 y 18-25, se observa que entre más cercanas estén estas mismas la disminución de la corrosión es más efectiva ya sea sobre la corrosión alta o la corrosión media. por este motivo se consideró el utilizar solo 64

Conclusiones

una corriente lateral, al colocarla sobre diferentes platos de la torre (4, 5, 6, 7 y 25) se obtiene que por debajo del plato 4 las concentraciones no tienen un cambio relevante por lo cual se toma el plato 4 como máximo para poder colocar la corriente lateral, como resultado, con ayuda de las cuervas de corrosión obtenidas podemos ver como entre más alejada este la corriente lateral del domo de la torre el efecto apaciguador es menor sobre la corrosión media, pero para la corrosión alta es eficiente en cualquiera de los puntos donde se colocó, por consiguiente se puede decir que no es necesaria la entrada de dos corrientes laterales ya que una hace un buen efecto apaciguador sobre la corrosión media y alta. Teniendo así como mejor solución, para 2 corrientes el agregarlas en los platos 18 y 25 con un flujo de 1000 Kg/hr y para una corriente lateral en el plato 4 con un flujo de 1000 Kg/hr. 

Por medio de la combinación de las mejores propuestas dadas: reflujo de 75, 2 corrientes laterales 18-25 y 1 corriente lateral en el plato 4, se obtuvo que al combinar un reflujo de 75 y 2 corrientes laterales, la corrosión total fue de 178.4 mpy disminuyendo 85.8 mpy de la corrosión total inicial de la torre, los puntos de corrosión alta fueron disminuidos al igual que los niveles de corrosión media, teniendo en toda la torre solo 5 paletos con corrosión moderada del plato 6 al 10. Por medio de la combinación de reflujo de 75 y 1 corriente lateral, se encontró una corrosión total de 176.8 mpy teniendo con esto una diferencia de 87.4 mpy comparados con los datos iniciales de la torre, el efecto que tiene sobre la corrosión en toda la torre es notable, baja considerablemente los puntos altos de corrosión dejando solo niveles moderados en los platos del 5 al 8, los platos que presentaban una corrosión media ahora tienen una corrosión baja y se vuelven constante del plato 11 al 46.



Al comparar los dos resultados obtenidos con la combinación de opciones podemos notar que al utilizar un reflujo de 75 y 2 corrientes laterales 18-25 se obtiene una disminución de corrosión en toda la columna de 85.8 mpy y 5 platos con corrosión moderada, con la combinación reflujo de 75 y 1 corriente 65

Conclusiones

lateral en el plato 4 se tiene una disminución de 87.4 mpy y 4 platos con corrosión moderada, obteniendo así como mejor solución para bajar el efecto de la corrosión en esta torre el aplicar un reflujo de 75 con una corriente lateral en el plato 4 con un flujo de agua de 1000 Kg/hr.

 Se concluye que utilizando única y solamente las condiciones de operación de la torre es posible obtener una solución adecuada al problema de corrosión presente en la torre, sin considerar los gastos que implique esta misma, esta solución considera una entrada de agua extra en la torre en el plato 4 con un flujo de entrada de 1000 Kg/hr y un reflujo de 75 para obtener una disminución de 87.4 PMY de corrosión.

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