Trabajo Simulación Producción de Etilenglicol a Partir de Oxido de Etileno

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

 Modelación en HYSYS HYSYS de proceso proceso de fabricación fabricación de etilenglicol a partir de óxido de etileno

1. DESCRIPCION Los objetivos del presente trabajo son , simular en el software HYSYS el proceso de fabricación de Etilenglicol a partir de óxido de etileno, considerando al menos un reactor de conversión y separadores de componentes y realizar análisis de sensibilidad a algunas variables importantes del proceso respecto a algún parámetro de salida . El principal método de obtención de Etilenglicol es a partir de óxido de etileno, que al reaccionar con el agua produce etilenglicol de acuerdo a la siguiente reacción:         

(2.1)

La reacción puede ser catalizada por ácidos, como el ácido sulfúrico (0,5-1%) o desarrollarse a altas temperaturas (195°C, 185 psi). Además se puede alcanzar rendimientos de conversión cercanos al 90% considerando un exceso de agua que cumpla la relación óxido de etileno: agua como 1:5-8. Se debe considerar también la existencia de reacciones secundarias de formación de glicoles pesados que se logran minimizar con el exceso de agua, sin embargo no desaparecen del todo. Los principales productos secundarios son dietilenglicol y trietilenglicol formados de acuerdo a las siguientes reacciones:             

(2.2)

El proceso utiliza como materias primas agua y oxido de etileno , las que se mezclan(MIX-100) antes de ingresar al reactor de conversión(CRV-100) , en donde ocurre la reacción principal que genera el producto deseado , es decir etilenglicol y las reacciones secundarias que producen dietilenglicol y trietilenglicol , luego el conjunto de estos  productos se hace pasar por un separador al que se le aplica calor(X-100) , alcanzando los 150°C, para obtener por una parte agua y los glicoles , esta agua evaporada se condensa(E100) y se recircula(RCY-1) al proceso mezclándose con el agua de alimentación (MIX-101), los glicoles se hacen pasar por otro equipo de separación con calentamiento para obtener el  producto deseado y los glicoles pesados a 220°C A continuación se muestran las materias primas y productos del proceso productivo de Etilenglicol :

Tabla 1.1.: Propiedades físicas de materias primas y productos del proceso Densidad Punto de Punto de Formula ebullición       Fusión  Materias Primas

Oxido Etileno Agua

de

 

8,99

-112

10

 

1,00

0

100

2. BASES DEL MODELO 2.1 Condiciones de Operación de los Equipos 2.1.1. Mezcladores Tabla 2.1.1.1 : Condiciones de operación de mezcladores MIX-100 MIX-101 600 Flujo molar [    700 10810 Flujo Másico      15210 Flujo Volumétrico 15,83 10,83 [    25 25 Temperatura  1276 1276 Presión   NO NO Igualar Presiones 

2.1.2. Reactor de Conversión Tabla 2.1.2.1 : Condiciones de Operación del Reactor de Conversión CRV-100 188,7 Temperatura  1276 Presión   Flujo Molar de Vapor     0,0 Flujo Molar de Liquido     600 0,0 Flujo de Calor       

3. RESULTADOS 3.1Resultados Simulación Tabla 3.1.1 : Temperatura , presión y flujo molar de las corrientes del proceso Temperatura Presión Flujo Molar  [ ] [    ] 25 1276 94,30 Agua 25 1276 505,7 Agua de Reciclo 25 1276 600 Agua rxn 25 1276 100 Oxido de Etileno 25 1276 700 Reactivos 188,7 1276 0,0 Purga 188,7 1276 600 Productos 150 1276 505,7 Agua Evaporada 25 1276 505,7 Agua Condensada 150 1276 94,33 Productos Glycoles 220 1276 4.333 Glicoles Pesados 220 1276 90 Etilenglicol Corriente

Tabla 3.1.2: Composiciones molares de las corrientes del proceso Composición molar     O de etileno H2O Eglycol DEGlycol TEGlycol 100,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Oxido de etileno 94,30 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 Agua Corriente

Flujo molar

3.2 Análisis de sensibilidad de etilenglicol en función del agua de alimentación Tabla 3.2.1: Análisis de sensibilidad de etilenglicol en función del agua de alimentación Estado 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Flujo Molar Agua Flujo Másico de Etilenglicol    

     

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

829,8 4584 5312 5464 5541 5586 5586 5586 5586 5586

4. CONCLUSIÓN El proceso de formación de etilenglicol a partir de óxido de etileno actualmente es un  proceso muy eficiente, llegando a obtener rendimientos de conversión del 90% considerando aún que en el reactor existen tres reacciones de formación conviviendo, una principal que  produce etilenglicol y dos reacciones secundarias que producen glicoles pesados como el dietilenglicol y el trietilenglicol. No obstante, en condiciones controladas de presión y temperatura es posible que la reacción principal predomine en el sistema y logre alta eficiencia de conversión desplazando a las reacciones secuandarias como se puede ver en la simulación realizada. Sin embargo, este alto rendimiento está directamente asociado al exceso de agua requerido en el reactor y es altamente sensible a esta variable del sistema. Como se aprecia en la tabla 3.2.1 y el grafico 3.2.1 asociado a partir de un flujo molar de agua equivalente a 400 Kgmol/h, logrando una relación respecto al flujo de óxido de etileno de 5:1, se comienza a obtener un flujo de etilenglicol superior a los 85 Kgmol/h lo que se traduce en eficiencias de conversión en el reactor cercanas al 85%. Al aumentar el flujo de agua aumenta también el flujo de etilenglicol producido llegando a los 90 Kgmol/h cuando el flujo de agua llega a los 600 Kgmol/h (relación de 6:1 respecto al oxido de etileno), a partir de ese momento se mantiene constante independiente

Figura 4.1: Diagrama del proceso productivo de Etilenglicol en HYSYS