Docsity
Docsity

Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity


Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium


Orientación Universidad
Orientación Universidad

Optimización del Proceso de Oxidación del Isopropanol para la Producción de Acetona, Ejercicios de Programación C

Este documento técnico explora la optimización del proceso de oxidación del isopropanol para producir acetona y peróxido de hidrógeno. Se analizan las variables clave del proceso, como la temperatura, la presión y la concentración de los reactivos, y se presentan ecuaciones cinéticas y termodinámicas relevantes. El documento también incluye ejemplos de código en python para simular el comportamiento de las variables del proceso.

Tipo: Ejercicios

2023/2024

Subido el 11/02/2025

daniel-de-la-rosa-13
daniel-de-la-rosa-13 🇲🇽

1 documento

1 / 8

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
2.2. Variables que intervienen en la optimización del proceso
Ecuaciones cinéticas
Mecanismo de reacción
La oxidación del isopropanol se lleva a cabo mediante un mecanismo de radicales
libres, que implica las siguientes etapas:
a). Iniciación: Formación de radicales libres a partir del isopropanol.
b). Propagación: Reacción de los radicales libres con el oxígeno para formar
peróxidos.
c). Terminación: Descomposición de los peróxidos para formar productos de
oxidación.
La cinética de la oxidación del isopropanol se puede describir mediante la ecuación
de velocidad (Cabezas, 2020):
r = k [Isopropanol] [Oxígeno]
donde:
r: velocidad de reacción
k: constante de velocidad
[Isopropanol]: concentración de isopropanol
[Oxígeno]: concentración de oxígeno
Ecuación de calor de vaporización
El calor de vaporización es la cantidad de energía necesaria para cambiar el estado
de una sustancia de líquido a gas, es decir, para vaporizarla. También se conoce
como entalpía de vaporización.
El calor de vaporización se mide en unidades de energía por unidad de masa, como
joules por gramo (J/g) o calorías por gramo (cal/g). Es una propiedad física
característica de cada sustancia y depende de la temperatura y la presión
ΔHv = Q / m
donde:
- ΔHv es el calor de vaporización (en J/g o cal/g)
pf3
pf4
pf5
pf8

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Optimización del Proceso de Oxidación del Isopropanol para la Producción de Acetona y más Ejercicios en PDF de Programación C solo en Docsity!

2.2. Variables que intervienen en la optimización del proceso Ecuaciones cinéticas Mecanismo de reacción La oxidación del isopropanol se lleva a cabo mediante un mecanismo de radicales libres, que implica las siguientes etapas: a). Iniciación: Formación de radicales libres a partir del isopropanol. b). Propagación: Reacción de los radicales libres con el oxígeno para formar peróxidos. c). Terminación: Descomposición de los peróxidos para formar productos de oxidación. La cinética de la oxidación del isopropanol se puede describir mediante la ecuación de velocidad (Cabezas, 2020): r = k [Isopropanol] [Oxígeno] donde: r: velocidad de reacción k: constante de velocidad [Isopropanol]: concentración de isopropanol [Oxígeno]: concentración de oxígeno Ecuación de calor de vaporización El calor de vaporización es la cantidad de energía necesaria para cambiar el estado de una sustancia de líquido a gas, es decir, para vaporizarla. También se conoce como entalpía de vaporización. El calor de vaporización se mide en unidades de energía por unidad de masa, como joules por gramo (J/g) o calorías por gramo (cal/g). Es una propiedad física característica de cada sustancia y depende de la temperatura y la presión ΔHv = Q / m donde:

  • ΔHv es el calor de vaporización (en J/g o cal/g)
  • Q es la cantidad de energía necesaria para vaporizar la sustancia (en J o cal)
  • m es la masa de la sustancia (en g)
    • Ecuación de calor de vaporización en función de la temperatura ΔHv = ΔHv0 + ∫(Cp,l - Cp,v) dT donde:
  • ΔHv0 es el calor de vaporización a una temperatura de referencia (en J/g o cal/g)
  • Cp,l es la capacidad calorífica del líquido (en J/g·K o cal/g·K)
  • Cp,v es la capacidad calorífica del vapor (en J/g·K o cal/g·K)
  • T es la temperatura (en K)
    • Ecuación de calor de vaporización en función de la presión ΔHv = ΔHv0 + (P - P0) * (Vv - Vl) donde:
  • ΔHv0 es el calor de vaporización a una presión de referencia (en J/g o cal/g)
  • P es la presión (en Pa o atm)
  • P0 es la presión de referencia (en Pa o atm)
  • Vv es el volumen del vapor (en m3/g o L/g)
  • Vl es el volumen del líquido (en m3/g o L/g) Capacidad calorífica La capacidad calorífica de un líquido es la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura del líquido en un grado Celsius (o Kelvin) por unidad de masa. También se conoce como calor específico. Unidades de medida:
    • Julios por gramo por grado Celsius (J/g°C)
    • Calorías por gramo por grado Celsius (cal/g°C)
    • Julios por kilogramo por grado Kelvin (J/kg·K) Ecuación de Antoine

Figura 2.1 Proceso para la síntesis de la acetona por oxidación del isopropanol En la figrua 2.1 se presenta el proceso para sintetizar acetona partir del isoporpanol. El isopropanol pasa a un reactor donde este se oxida, la reacción se lleva a 100 °C , posteriormente pasa a un separador donde se separa una mezcla de fase liquida y gaseosa, la fase liquida pasa una columna de destilación, posterior a esto la acetona para por una segunda columna de destilación para purificar, en esta etapa se separa la acetona con agua y subproductos 2.2.2. Optimización de variables (cuáles minimizan y cuáles maximizan) Las variables del proceso que se pueden maximizar son

  • La conversión de isopropanol: Maximizar la conversión de isopropanol en acetona y otros productos deseados. Por el principio de Le Chatelier
  • Temperatura: Maximizar la temperatura óptima para la reacción de oxidación.
  • Presión: Maximizar la presión óptima para la reacción de oxidación. Las variables nos permiten optimizar la eficiencia y la productividad del proceso Para las variables que se pueden minimizar en el proceso son; Temperatura de entrada para reducir la formación de subproductos y mejorar la selectividad, Concentración de los reactivos

Para ello las variables que se consideraron para la optimización es la Temperatura, y la presión, ya que este nos permitirá cuanta cantidad de energía se puede ocupar para purificar el producto de la segunda columna de destilación a una temperatura adecuada que es de 50 a 100 °C las interpretación de la variables se muestran a 100 °C. Para la cantidad de calor que se ocuparia en una columna de destilacion se realizo una grafica que se muestra en la figura 2.2 y 2.3 que muestra el comportamiento de la capacidad calorifica a 340 K que da un valor de 1.17 J/KmolK, esto nos permite realizar una comparacion a diferente temperatura , como en la grafica 2. 4 , Figura 2.2 Capacidad calorifica

#antoine Temp = np.linspace(276, 373 , 100) f=21. g=2616. h=-20. An=np.exp((f-g)/(Temp+h)) fig, axs = plt.subplots(1, 2, figsize=(15, 5)) axs[0].plot(T, Cp,color="red") axs[0].set_title('Capacidad Calorífica vs Temperatura (Acetona)') axs[0].set_xlabel('Temperatura (K)') axs[0].set_ylabel('Capacidad Calorífica de liquido (kJ/kmol·K)') axs[1].plot(Temp,An,color="orange") axs[1].set_title('Presion (Acetona)') axs[1].set_xlabel('Temperatura (K)') axs[1].set_ylabel('Antoine (Pa)') plt.tight_layout() plt.show()

Figura 2.5 Código en Python para la programación de las variables