Curso de iniciación a la simulación
de procesos químicos con COCO
Simulator y ChemSep
Computer-aided Chemical Engineering
www.cacheme.org
Alba Carrero
Esquema
Primera 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.
Instalación del simulador
Procedimiento de descarga:
https://www.youtube.com/watch?v=Rn-cU3N-2Wo
Enlace de descarga:
http://www.cocosimulator.org/index_download.html
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Introducción
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¿Qué es COCO ?
COCO Simulator es un simulador de uso libre y gratuito.
Ha sido desarrollado por la empresa Amsterchem con estándares abiertos
CAPE-OPEN.
Incluye el simulador de procesos de separación ChemSep (destilación,
extracción, absorción).
Introducción
¿Qué es COCO?
Es un paquete que reúne varias aplicaciones:
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Consideraciones previas
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Se deben tener en cuenta las siguientes etapas antes de empezar a realizar
una 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 de
flujo
• Ejecución de la simulación
• Revisión de los resultados
Manejo básico de COCO. Destilación Flash
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La alimentación se bombea a través de un cambiador de calor hasta alcanzar una temperatura
determinada, se descomprime bruscamente haciéndola pasar a través de una válvula de
expansión, lo que origina la vaporización parcial del líquido tras lo cual la mezcla se introduce en
un recipiente de mayor volumen con el objeto de separar la fase condensada del vapor
Destilación Flash. Trocío y Tburbuja
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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.
Vapor
Vapor
Feed
P = 1 atm
Fracción de vapor = 0.99
Feed
Liquid
Liquid
Ejercicio 1. Temperatura de rocío.
Stream
Feed
P = 1 atm
Fracción de vapor = 0.01
Vapor
Temperature / [°C]
50
115
Flow rate / [kmol / h] 100
100
Mole frac Toluene
0.25
0.25
Mole frac Benzene
0.5
0.5
Mole frac O-xylene
0.25
0.25
Liquid
115
0.01
0.223
0.198
0.579
Ejercicio 1. Temperatura de burbuja.
Stream
Feed
Temperature / [°C]
50
Flow rate / [kmol / h] 100
Mole frac Toluene
0.25
Mole frac Benzene
0.5
Mole frac O-xylene
0.25
Vapor
Liquid
95.9
95.9
0.01
100
0.162
0.25
0.781
0.5
0.0571 0.25
Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.
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Calculo de los datos de equilibrio del sistema benceno – tolueno a 1 atmosfera de
presión.
http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForABenzeneTolueneMixture/
Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.
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Sistema benceno-tolueno
115
BubblePointTemperature, stream "Vapor"
DewPointTemperature, stream "Vapor"
110
105
100
95
90
85
80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Mole fraction Benzene
0.7
0.8
0.9
1
Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor. Azeótropo.
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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.
http://www.learncheme.com
http://demonstrations.wolfram.com/FlashDistillationCascadeForAnAcetoneChloroformMixture/
Mezcla binaria. Equilibrio líquido-vapor.
Comportamientos no lineales y aparición de azeótropos
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77
BubblePointTemperature, stream "Vapor"
76
DewPointTemperature, stream "Vapor"
75
74
73
72
71
70
69
68
0
0.5
Mole fraction Acetone
1
Estudio paramétrico. Variación fracción de vapor.
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Se considera una mezcla compuesta por n-heptano y n-octano. El alimento contiene
50% de n-heptano a 303K. El flash trabaja a una presión constante de 1 atm. Calcula
las composiciones de vapor y del líquido y la temperatura del separador para
diferentes fracciones de vapor.
Estudio paramétrico
Fracción de vapor
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
T (K)
382
383
384
384
385
385
386
386
387
387
388
y n-heptano x n-heptano
0,500
0,500
0,662
0,482
0,645
0,464
0,628
0,445
0,610
0,427
0,591
0,409
0,573
0,391
0,554
0,374
0,536
0,357
0,518
0,341
0,500
0,500
http://www.learncheme.com
http://demonstrations.wolfram.com/FlashVaporizationOfAHeptaneOctaneMixture/
Problemas destilación Flash
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Composición del líquido en equilibrio a 1.5 atm con un vapor con la siguiente composición en
moles: 48.9% de benceno, 32.1% de ciclohexano y 19% de acetato de etilo.
T (ºC)
89.5
Composiciones
Benceno
0.489
0.545
Ciclohexano
0.321
0.301
Acetato de etilo
0.190
0.154
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
Vb
Stream
Vb
Temperature / [°C]
85.6
Flow rate / [kmol / h] 100
Mole frac N-butane
0.45
Mole frac N-pentane
0.419
Mole frac Propane
0.131
150 kmol/h; 758kPa
B
B
85.6
50
0.299
0.663
0.0377
Aplicaciones 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.
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Manejo básico de ChemSep. Destilación binaria.
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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.
Selección modelo termodinámico
•
•
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Diferencia entre simuladores  Banco de datos
Comparación del modelo termodinámico seleccionado con datos experimentales
Peng – Robinson (Todo P y T)
Compuestos NO polares
HIDROCARBUROS
SRK (P y T no criogénicas)
Compuestos orgánicos polares
Con gases ligeros
Sin gases ligeros
PSRK
No parámetros de
interacción binaria
Si parámetros de
interacción binaria
UNIFAC
ELV – Wilson, NRTL y UNIQUAC
ELL, ELLV, ELV – NRTL y UNIQUAC
Diagrama de McCabe
http://www.learncheme.com/simulations/separations
http://demonstrations.wolfram.com/McCabeThieleGraphicalMethod/
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Y B e n z e n e /(B e n z e n e + T o lu e n e )
Diagrama de McCabe
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McCabe-Thiele diagram Benzene - Toluene
1
0.8
0.6
5
0.4
0.2
ChemSep
0
0
0.2
0.4
0.6
X Benzene/(Benzene+Toluene)
0.8
1
Perfiles de la columna
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Liquid phase composition profiles
ChemSep
4
6
8
10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Liquid mole fraction
Benzene
Toluene
Flow profiles
ChemSep
2
S ta g e
S ta g e
2
4
6
8
10
0
0.005
0.01
0.015
Flows (kmol/s)
V
L
0.02
0.025
0.03
Muchas gracias por su atención
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