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COCO Simulator en combinación con ChemSep permite la simulación de procesos químicos de forma gratuita y se presenta como alternativa a Aspen y ChemCAD. Este curso presencial mostrará su descarga e instalación así como la resolución de ejemplos de menor a mayor grado de complejidad.
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Computer-aided Chemical Engineering
www.cacheme.org
Alba Carrero
Curso de iniciación a la simulación
de procesos químicos con COCO
Simulator y ChemSep
EsquemaPrimera sesión
• Instalación del simulador.
• Introducción a COCO Simulator.
• Consideraciones previas.
• Manejo básico de COCO. Destilación Flash.
• Temperatura de rocío y de burbuja.
• Mezcla binaria. Equilibrio líquido vapor. Azeótropo.
Segunda sesión
• Estudio paramétrico. Variación de la fracción de vapor.
• Problemas. Revisión de conceptos.
• Manejo básico de ChemSep. Columna destilación
binaria.
• Selección modelos termodinámicos
• Diagrama de McCabe.
• Perfiles de la columna.
cacheme.org
Procedimiento de descarga:
https://www.youtube.com/watch?v=Rn-cU3N-2Wo
Enlace de descarga:
http://www.cocosimulator.org/index_download.html
Instalación del simulador
cacheme.org
COCO Simulator es un simulador de uso libre y gratuito.
Ha sido desarrollado por la empresa Amsterchem con estándares abiertosCAPE-OPEN.
Incluye el simulador de procesos de separación ChemSep (destilación,extracción, absorción).
Introducción
¿Qué es COCO ?
cacheme.org
Se deben tener en cuenta las siguientes etapas antes de empezar a realizaruna simulación de un proceso:
• Inicio de un nuevo trabajo
• Selección de las unidades
• Creación del diagrama de flujo
• Selección de los componentes del sistema
• Selección de las propiedades termodinámicas
• Introducción de los datos de la corriente de alimentación
• Introducción de las especificaciones de las unidades de diagrama deflujo
• Ejecución de la simulación
• Revisión de los resultados
Consideraciones previas
cacheme.orgManejo básico de COCO. Destilación Flash
La alimentación se bombea a través de un cambiador de calor hasta alcanzar una temperaturadeterminada, se descomprime bruscamente haciéndola pasar a través de una válvula deexpansión, lo que origina la vaporización parcial del líquido tras lo cual la mezcla se introduce enun recipiente de mayor volumen con el objeto de separar la fase condensada del vapor
cacheme.org
Temperatura de burbuja: Temperatura a la que se forma la primera burbuja de gas en un material líquido.Temperatura de rocío: Temperatura a la que empieza a condensarse la primera gota de líquido contenido en el aire.
Calcula de una mezcla isomolecular de benceno, tolueno y o-xileno la temperatura de burbuja y de rocío a 1 atm de presión.
P = 1 atmFracción de vapor = 0.99
P = 1 atmFracción de vapor = 0.01
Ejercicio 1. Temperatura de rocío.Ejercicio 1. Temperatura de burbuja.
Feed
Vapor
Liquid
Feed
Vapor
Liquid
Stream
Temperature / [°C]
Flow rate / [kmol / h]
Mole frac Toluene
Mole frac Benzene
Mole frac O-xylene
Feed
50
100
0.25
0.5
0.25
Vapor
115
100
0.25
0.5
0.25
Liquid
115
0.01
0.223
0.198
0.579
Stream
Temperature / [°C]
Flow rate / [kmol / h]
Mole frac Toluene
Mole frac Benzene
Mole frac O-xylene
Feed
50
100
0.25
0.5
0.25
Vapor
95.9
0.01
0.162
0.781
0.0571
Liquid
95.9
100
0.25
0.5
0.25
Destilación Flash. Trocío y Tburbuja
cacheme.org
Calculo de los datos de equilibrio del sistema benceno – tolueno a 1 atmosfera de
presión.
Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.
http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForABenzeneTolueneMixture/
cacheme.orgMezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Mole fraction Benzene
80
85
90
95
100
105
110
115
Tem
pera
ture
/ °
C
BubblePointTemperature, stream "Vapor"
DewPointTemperature, stream "Vapor"
Sistema benceno-tolueno
cacheme.org
Un azeótropo (“mezcla azeotrópica”) es una mezcla de uno o más compuestos químicos,
en los que la composición del líquido y del vapor son iguales, por lo que al no haber
cambio en la misma, el punto de ebullición es constante, comportándose como una
sustancia pura.
Calcula de los datos de equilibrio del sistema acetona – cloroformo a 1 atmosfera de
presión.
Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Azeótropo.
http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForAnAcetoneChloroformMixture/
http://www.learncheme.com
cacheme.orgMezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.
Comportamientos no lineales y aparición de azeótropos
0 0.5 1
Mole fraction Acetone
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
Tem
pera
ture
/ °
C
BubblePointTemperature, stream "Vapor"
DewPointTemperature, stream "Vapor"
cacheme.org
Se considera una mezcla compuesta por n-heptano y n-octano. El alimento contiene50% de n-heptano a 303K. El flash trabaja a una presión constante de 1 atm. Calculalas composiciones de vapor y del líquido y la temperatura del separador paradiferentes fracciones de vapor.
Estudio paramétrico. Variación fracción de vapor.
Fracción de vapor T (K) y n-heptano x n-heptano0,000 382 0,500 0,5000,100 383 0,662 0,4820,200 384 0,645 0,464
0,300 384 0,628 0,445
0,400 385 0,610 0,4270,500 385 0,591 0,409
0,600 386 0,573 0,3910,700 386 0,554 0,3740,800 387 0,536 0,357
0,900 387 0,518 0,3411,000 388 0,500 0,500
Estudio paramétrico
http://www.learncheme.com
http://demonstrations.wolfram.com/FlashVaporizationOfAHeptaneOctaneMixture/
cacheme.org
Composición del líquido en equilibrio a 1.5 atm con un vapor con la siguiente composición enmoles: 48.9% de benceno, 32.1% de ciclohexano y 19% de acetato de etilo.
En el esquema que sigue, 150 kmol/h de un líquido saturado, L1 a 758 kPa y cuya composición molar es : propano 10%, n-butano 40% y n-pentano 50%, entra en el ebullidor procedente de la etapa 1. ¿Cuáles son las composiciones y cantidades de VB y B?. B = 50 kmol/h
Problemas destilación Flash
Ejercicio 4
150 kmol/h; 758kPa
Vb
B
Stream
Temperature / [°C]
Flow rate / [kmol / h]
Mole frac N-butane
Mole frac N-pentane
Mole frac Propane
Vb
85.6
100
0.45
0.419
0.131
B
85.6
50
0.299
0.663
0.0377
T (ºC) 89.5
Composiciones
Benceno 0.489 0.545
Ciclohexano 0.321 0.301
Acetato de etilo 0.190 0.154
cacheme.orgAplicaciones de la destilación
• Aislar componentes de materias primas como los diferentes componentes del crudo del petróleo.
• Concentrar compuestos en disolución como el ácido nítrico.
• Purificar compuestos de reacción.
• Separar los materiales de la pirólisis.
• Eliminar el disolvente de la extracción para poder reutilizarlo.
cacheme.orgManejo básico de ChemSep. Destilación binaria.
Realiza la simulación de una columna de destilación con una corriente de alimento de 1kg/s formada por una mezcla equimolecular de benceno y tolueno siendo 2 su razón de reflujo e igual caudal de residuo y destilado.
cacheme.org
Compuestos orgánicos polares
Con gases ligeros
PSRKSin gases ligeros
No parámetros de interacción binaria
UNIFAC
Si parámetros de interacción binaria
ELV – Wilson, NRTL y UNIQUAC
ELL, ELLV, ELV – NRTL y UNIQUAC
Selección modelo termodinámico
• Diferencia entre simuladores Banco de datos• Comparación del modelo termodinámico seleccionado con datos experimentales
cacheme.orgDiagrama de McCabe
http://demonstrations.wolfram.com/McCabeThieleGraphicalMethod/
http://www.learncheme.com/simulations/separations
cacheme.orgDiagrama de McCabe
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Y B
en
ze
ne
/(B
en
ze
ne
+T
olu
en
e)
X Benzene/(Benzene+Toluene)
McCabe-Thiele diagram Benzene - Toluene
5
ChemSep
cacheme.orgPerfiles de la columna
2
4
6
8
10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Sta
ge
Liquid mole fraction
Liquid phase composition profiles
ChemSep
Benzene Toluene
2
4
6
8
10 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
Sta
ge
Flows (kmol/s)
Flow profiles
ChemSep
V L
cacheme.orgUna columna de destilación separa 85 kmol/h de una mezcla que tiene una fracción molar de benceno de 0,21 y clorobenceno de 0,79. La columna tiene 26 pisos y la alimentación entra por el piso 13. ¿Cuántos kmol/h se obtendrán de destilado y de residuo si se requiere un producto con una elevada pureza?
cacheme.orgColumnas de destilación
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Y B
en
ze
ne
/(B
en
ze
ne
+M
on
oc
hlo
ro
be
nz
en
e)
X Benzene/(Benzene+Monochlorobenzene)
McCabe-Thiele diagram Benzene - Monochlorobenzene
12
ChemSep
cacheme.orgColumnas de destilación
5
10
15
20
0 20 40 60 80 100 120 140
Sta
ge
Flows (kmol/h)
Flow profiles
ChemSep
V L
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