Proceso de acetato de etilo
Se alimentan ácido acético y etanol a la columna de destilación reactiva; el ácido acético
entra por encima de la parte de reacción y el etanol entra por debajo de la parte de reacción.
Los productos de reacción se destilan continuamente. Se espera que los vapores de destilado contengan predominantemente una mezcla azeotrópica ternaria (acetato
de etilo 54,03% en moles, etanol 16,58% en moles, agua 29,39% en moles con un
punto de ebullición normal de ◦ C). El producto de cola se forma predominantemente
de agua, ácido acético sin reaccionar y catalizador (H2 SO4 ), y se destila para recuperar
ácido acético sin reaccionar. El vapor destilado se lleva a un condensador y, después de la
condensación, a un separador de fase lı́quida. Para crear dos fases lı́quidas, se debe agregar
agua adicional a la mezcla. Una parte de la fase de acetato de etilo se retira como destilado
y la parte restante entra en una columna de destilación, donde se obtiene acetato de
etilo puro como producto de cola. El destilado regresa al separador lı́quido-lı́quido. La
fase acuosa todavı́a puede contener una cantidad considerable de acetato de etilo, que puede
destilarse de la fase acuosa como la mezcla azeotrópica ternaria mencionada anteriormente y
devolverse al separador lı́quido-lı́quido. El producto de cola de esta columna de destilación
es una mezcla de agua y etanol. Se puede destilar una fase rica en etanol de esta mezcla
para reciclarla al reactor.
Para crear un diagrama de flujo de proceso en Aspen Plus, hay dos enfoques disponibles:
El primer método comienza desde el primer bloque de operación de la unidad y continúa
paso a paso hasta el siguiente, después de la simulación y verificación de los resultados del
bloque de operación de la unidad real. El segundo método considera la conexión de todos los
bloques de operación de la unidad antes de que se ejecute la simulación. Después de verificar
la conectividad del diagrama de flujo, la especificación de los flujos y bloques de entrada e
ingresar todos los datos requeridos, se puede ejecutar la simulación. En el primer paso, debe
crearse un diagrama de flujo sin la conexión de los vapores de reciclaje.
ˆ Seleccione el modelo RadFrac para la columna de destilación reactiva, para el acetato
de etilo, para la recuperación del ácido acético y también para la destilación en fase
acuosa.
ˆ Agregue un modelo de heater, un decanter y un modelo de spliter.
ˆ Conecte bloques con corrientes de material; para la columna de destilación reactiva, se
propone un condensador de vapor parcial; por lo tanto, conecte la corriente de material
superior al bloque heater.
ˆ Ingrese las especificaciones de las corrientes de entrada (corrientes de ácido acético,
etanol y agua), considere el punto de ebullición del lı́quido a presión atmosférica para
ambas corrientes; deben producirse 20 000 toneladas de acetato de etilo al año; considerando 8 000 horas de trabajo al año y una conversión de ácido acético del 65%; se
necesitan alrededor de 43 kmol·h−1 de ácido acético. Sin embargo, en lugar de ácido
acético puro, se utiliza su mezcla con agua (4% en moles de agua). Teniendo en cuenta
alguna pérdida de acetato de etilo, el flujo molar de la corriente de ácido acético se
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puede establecer en 50 kmol·h−1 . La corriente de etanol contiene 85% en moles de
etanol y 15% en moles de agua. Por tanto, 60 kmol·h−1 de esta mezcla proporcionan
suficiente etanol para la reacción. La corriente de agua al separador de fase lı́quidolı́quido se puede especificar por temperatura (25 ◦ C), presión (1 bar) y flujo molar (120
kmol·h−1 ).
ˆ Ingrese las especificaciones de todos los bloques de operación de la unidad. Los vapores
de las columnas de destilación reactiva se enfrı́an a 25 ◦ C antes de ingresar al separador
lı́quido-lı́quido, que trabaja a 25 ◦ C y 1 bar. Establezca la fracción dividida de la
corriente de destilado en el divisor en 0,33. En la Tabla (final del documento) se ofrece
un resumen de las especificaciones de las columnas. Las columnas especificadas por la
pureza del componente y la recuperación del componente normalmente se especifican
primero por la tasa de destilado o de fondo y la relación de reflujo. En un segundo paso,
se pueden definir nuevas especificaciones de diseño como la pureza de componente y la
recuperación de componentes.
ˆ Para especificar la recuperación de componentes, defina una nueva Design Specification. Para cada especificación de diseño, se debe definir una nueva variable (Vary).
Para definir un nuevo Vary; seleccione la velocidad de producción de fondo de columna
como variable en esta simulación; solo los parámetros especificados en la página Configuration se pueden definir como Vary.
ˆ Después de definir todas las corrientes de entrada y los bloques de operación de la
unidad, la simulación está preparada para su ejecución. Ejetutar la simulación y verifique los resultados.
Comparando el flujo molar de ácido acético en las corrientes de entrada y salida, se observó
una conversión de alrededor del 64% en la columna de destilación reactiva. El destilado de
esta columna contiene principalmente una mezcla azeotrópica ternaria de acetato de etilo,
agua y etanol. El producto de cola contiene predominantemente ácido acético y agua. Incluyendo la corriente de reflujo del separador lı́quido-lı́quido, la relación de reflujo interno
real aumentó de 1 a aproximadamente 5.
Los vapores de la columna de destilación reactiva se enfrı́an a 25 ◦ C y se conducen al
separador de fase lı́quido-lı́quido. Sin embargo, se debe agregar agua adicional al separador
para crear dos fases lı́quidas. La fase orgánica contiene alrededor de 68% en moles de acetato
de etilo y algo de etanol y agua. La fase acuosa contiene agua pero también algo de etanol
y acetato de etilo.
La fase orgánica se divide; un tercio de su flujo molar se toma como producto y se conduce
a la columna de destilación de acetato de etilo, y dos tercios se devuelven a la columna de
destilación reactiva. La mezcla azeotrópica ternaria se destila en la columna de acetato de
etilo y se devuelve al separador lı́quido-lı́quido. El producto de cola está formado por acetato
de etilo prácticamente puro, ya que la recuperación de acetato de etilo en esta columna se
ajusta al 99,9%.
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El producto de cola de la columna de destilación reactiva, además de ácido acético, contiene también agua y una pequeña porción de etanol y acetato de etilo. Esta mezcla se
destila en la columna de recuperación de ácido acético donde se recupera el ácido acético del
fondo. El destilado está formado predominantemente por agua y etanol. En esta columna,
la pureza del ácido acético se establece en 99%. A partir de 30 kmol·h−1 de la mezcla, se
recuperan 16,61 kmol·h−1 de ácido acético. El ácido acético recuperado se devuelve al reactor.
La fase acuosa del separador lı́quido-lı́quido también contiene una cantidad considerable
de etanol y acetato de etilo. Para aumentar la recuperación de acetato de etilo, la mezcla
azeotrópica ternaria de acetato de etilo, agua y etanol se destila de esta mezcla y se devuelve
al separador lı́quido-lı́quido. Para destilar la cantidad total de acetato de etilo contenida en
la fase acuosa, se fijó un caudal de destilado de 10 kmol·h−1 .
Column
RDist
N
12
R
-
Cond Second specification
None Bottoms rate = 30 kmol/h
15
Feed
10 (On stage) − Ethanol
08 (On stage) − Acetic acid
08 (On stage)
C1
2
Total
C2
25
05 (Above stage)
3
Total
C3
10
05 (Above stage)
2
Total
3
Mole purity = 0.999
ethyl acetate in bottoms
(Bottoms rate = 10 − 80 kmol/h)
Mole purity = 0.990
acetic acid in bottom
(Bottoms rate = 10 − 40 kmol/h)
Distillate rate = 10 kmol/h