TALLER 1 MODELACIN Y SIMULACIN EN INGENIERA QUMICAValeria Herrera Araque: 201112705; Santiago Umbarila Garca: 201111526; Daniel Avila Gaitn: ; Paola Castaeda: 200911921Manuel FigueredoUniversidad de la Sabana05 de Marzo de 2014

RESUMEN EJECUTIVO:

Generalmente las materias primas utilizadas en procesos qumicos no son sustancias puras, en consecuencia forman fases heterogneas y cambian las propiedades del sistema presentando en ocasiones inmiscibilidades. Los diagramas ternarios representan grficamente las posibles correlaciones en el equilibrio o combinaciones entre tres elementos, adems de formacin de azetropos (si es el caso), lmites de separacin, curvas residuales, entre otras caractersticas; sus aplicaciones varan desde la fisicoqumica hasta la metalurgia y la gentica de poblaciones (Cisternas, 2009). Sin embargo no siempre se tienen simuladores a disposicin para determinar estos diagramas y su correspondiente informacin, por lo tanto el objetivo de este trabajo es graficar un diagrama ternario para el sistema cloroformo (1)/cido actico (2)/agua (3) por medio del mtodo termodinmico UNIQUAC y las aproximaciones del equilibrio en una hoja de clculo Excel realizando un anlisis comparativo con el simulador ASPEN PLUS y as determinando la viabilidad y uso del mismo. Los parmetros determinados mediante Excel presentan similitud con los obtenidos en ASPEN permite corroborar la eficacia de la simulacin para el sistema.

NALISIS Y RESULTADOS1. SELECCIN DE LOS MDELOS TERMODINMICOS:En la Figura No.1 y No.2 de los Anexos se observan los diagramas para eleccin de mtodos termodinmicos que se ajustan a cada sistema. Las sustancias son polares pero no son electrolticas, por ello se us la Figura No.2, la presin es menor a 10 bares y se conocen los parmetros de interaccin de las sustancias, al ser un ELLL, el artculo sugiere los mtodos NRTL, UNIQUAC y sus variaciones. El mtodo seleccionado fue UNIQUAC ya que sus aproximaciones son ms exactas y ofrece mayor precisin en el clculo (Sceena,1999).

2. METODOLOGA PARA CLCULO DE LOS DIAGRAMAS:Se realiz la simulacin en Aspen Plus y se extrajeron los parmetros de interaccin binaria. Con dicha informacin se desarroll el modelo UNIQUAC, comenzando por un balance general y por componentes del sistema (Anexo 1), posteriormente se estimaron valores para las composiciones iniciales y se calcularon los gammas. Mediante una funcin objetivo conformada por los balances de materia se calcularon las correctas composiciones en el equilibrio para refinado y fondos, la aceptacin de las concentraciones se restringi al clculo de la fraccin ligera (Anexo 2). Los sistemas iterativos se calcularon mediante el mtodo numrico GRG NonLineal ofrecido por el complemento Solver.

Con la solucin del sistema y los datos obtenidos por medio del mtodo UNIQUAC, se grfica el diagrama ternario, siguiendo los pasos expresados a continuacin (Soler, 2013): El teorema de Pitgoras se utiliz en el clculo externo del diagrama, Anexo 3 El interior de la cuadrcula se construy por medio de soluciones lineales basadas en la teora de traslacin (Anexo 4). Las lneas de reparto son el resultado de unir diferentes composiciones inciales, al encontrar el corte con los puntos se obtienen lneas rectas.

CONCLUSIONES:

Se obtuvieron los parmetros para el sistema cloroformo (1)/ cido actico (2)/ agua (3) mediante el algoritmo de UNIQUAC y parmetros de interaccin en la hoja de clculo Excel obteniendo similitud con la simulacin propuesta en ASPEN PLUS.

El mtodo UNIQUAC permite una estimacin mucho ms precisa del sistema puesto que tiene en cuenta los efectos de las distancias por polaridad y para molculas que difieren en tamao y estructura.

Aunque se encuentra diferencia en las composiciones livianas y pesadas, se determina una simulacin acorde al modelo termodinmico planteado lo que origina una alta fiabilidad de los resultados simulados por medio de ASPECH PLUSANEXOS:

Figura No.1. Primeros pasos para seleccionar un mtodo de propiedades fsicas. Tomado de (Carlson, 1996)

Figura 2. Procedimiento para sustancias polares no electrolticas. Tomado de (Carlson, 1996)

Anexo 1. Balance general y por componente para desarrollar UNQUAC. Diagrama ternario. (Soler, 2013)

Anexo 2. Ecuaciones del mtodo UNIQUAC. (Soler, 2013)XaXbXcLLLH=1L/2

Anexo 3. Fase exterior construccin del diagrama ternario. (Soler, 2013)Base del DiagramaCoordenadas Vrtices

Vrtice 1Vrtice 2Vrtice 3

x0x1x0,5

y0y0y0,86645529

Lnea 1Lnea 2Lnea 1

xyxyxy

000010

100,50,90,50,9

Distancia1Distancia1,0Distancia1,0

Anexo 4 Construccin interna del diagramaN LneaNmero de Lneas21

Lneas HorizontalesLneas -xLneas paralelas x

xyxyxy

10,020,040,950,000,050,00

10,980,040,480,830,520,83

20,050,080,900,000,100,00

20,950,080,450,780,550,78

30,070,120,860,000,140,00

30,930,120,430,740,570,74

40,100,170,810,000,190,00

40,900,170,400,700,600,70

50,120,210,760,000,240,00

50,880,210,380,660,620,66

60,140,250,710,000,290,00

60,860,250,360,620,640,62

70,170,290,670,000,330,00

70,830,290,330,580,670,58

80,190,330,620,000,380,00

80,810,330,310,540,690,54

90,210,370,570,000,430,00

90,790,370,290,500,710,50

100,240,410,520,000,480,00

100,760,410,260,450,740,45

110,260,450,480,000,520,00

110,740,450,240,410,760,41

120,290,500,430,000,570,00

120,710,500,210,370,790,37

130,310,540,380,000,620,00

130,690,540,190,330,810,33

140,330,580,330,000,670,00

140,670,580,170,290,830,29

150,360,620,290,000,710,00

150,640,620,140,250,860,25

160,380,660,240,000,760,00

160,620,660,120,210,880,21

170,400,700,190,000,810,00

170,600,700,100,170,900,17

180,430,740,140,000,860,00

180,570,740,070,120,930,12

190,450,780,100,000,900,00

190,550,780,050,080,950,08

200,480,830,050,000,950,00

200,520,830,020,040,980,04

Anexo 5. Diagrama Ternario con lneas de atadura hoja de clculo Excel

Anexo 6. Diagrama Ternario con lneas de atadura ASPEN PLUS

BibliografaAspen. (2013). Version 7.3.Carlson, E. C. (1996). Dont Gamble with Physical Properties For Simulations . Succeeding at simulation , 36-38.Kolbe, B., Kleiber, M., & Rarey, J. (2012). Chemical Thermodynamics for Process Simulation. Weinheim: Wiley-VCH.Liaw, H.-J., Gerbaud, V., & Li, Y.-H. (2011). Prediction of Miscible Mixtures Flash-point from UNIFAC group . OATAO .Soler, D. (2013). Envolvente lquido-lquido de mezcla ternaria. Bogot: Fundacin Universidad Sceena, N (1999). Modelacin, simulacin y optimizacin de procesos qumicos. Capitulo VIII. Propiedades termodinmicas del equilibrio. SMITH, J.M. ; VAN NESS, H. C; ABBOTT, M. M (1996). Introduccin a la Termodinmica en Ingeniera Qumica. Quinta edicin. Mxico: Mateo Miguel Garca,. Capitulo 11-12. 970-10-1333-6`Cisternas, L. (2009). Diagramas de fases y su aplicacin. Ed Revert. Espaa. Pag 33-67