Ejercicios Resueltos Del Libro de Seader

 

6.4. Renovación de un proceso de hidrodealquilación de tolueno. Este problema considera algunos conceptos de minimización de residuos. Nuestra unidad operativa de hidrodealquilación de tolueno, que se muestra en la Figura 6.13, implica la hidrogenación de tolueno a benceno y metano. Una reacción lateral de equilibrio produce una pequeña cantidad de bifenilo. Para ser más competitivo y eliminar el desperdicio, el proceso debe estudiarse para una posible renovación. El cliente de nuestra pequeña producción de  bifenilo nos ha informado que no renovará su contrato con nosotros, y no tenemos otro

 posible comprador para el bifenilo. Además, una compañía de separadores de membrana cree que si instalamos sus equipos, podemos reducir nuestro requerimiento de hidrógeno de maquillaje. Realice cálculos preliminares de diseño de procesos con un simulador para comparar las dos alternativas a continuación, e infórmeme sobre la viabilidad técnica de la segunda alternativa y si debemos considerar una renovación más a fondo. Para sus estudios, tendrá que realizar principalmente cálculos de balance de materiales. No hará cálculos detallados de destilación, y las bombas de líquidos no necesitan ser modeladas. Para la segunda alternativa, calcule el área requerida en pies cuadrados de la unidad de membrana y determine si es razonable. Alternativa 1. No renueve y use el bifenilo por su valor de combustible. Alternativa 2. Eliminar el funcionamiento de la columna de tolueno y reciclar el bifenilo (con el tolueno) hasta la extinción. Esto debería aumentar el rendimiento de benceno. Además, instale una unidad de separación de membrana para reducir el consumo de hidrógeno. Operación actual de la planta: La operación actual de la planta se puede simular adecuadamente con CHEMCAD, utilizando los modelos de equipos indicados en el diagrama de flujo. Alternativamente, cualquier otro simulador puede usarse con los modelos apropiados. Tenga en cuenta que el diagrama de flujo del proceso incluye solo el reactor, los separadores y el compresor de gas de reciclaje. recicl aje. El factor de operación de la  planta es del 96% (8,410 hr / año). año). El material de alimentación es tolueno puro a una velocidad de flujo de 274.2 lbmol / h, que se fija para ambas alternativas, ya que cualquier benceno adicional que se puede hacer se puede vender. La composición de hidrógeno es 95% en moles de hidrógeno y 5% en moles de metano. Nuestras condiciones de salida del reactor son 1,0008F y 520 psia. La relación molar de hidrógeno a tolueno en la alimentación al reactor debe ser 4 para evitar la formación de coque. La conversión de tolueno es del 70%. El bifenilo en el efluente del reactor es la cantidad de equilibrio químico. Las condiciones del tambor de flash son 1008F a 500 psia. El vapor instantáneo no se separa en hidrógeno y metano, sino que se  purga para limitar la acumulación de metano en el e l gas de reciclaje. reciclaj e. El gas de purga, que tiene un valor de combustible, es el 25% del vapor que sale del recipiente instantáneo. Se  pueden suponer separaciones perfectas para las tres columnas. En base a esta información, información,  puede obtener el balance actual de material de la planta. Alternativa 1. Simular el funcionamiento actual de la planta. Tenga en cuenta que el  proceso tiene dos bucles de reciclaje que que deben converger. La ecuación de estado de SRK es adecuada para valores de Kvalues y entalpías. A partir de su balance de material convergente, resuma el balance general de material componente en libras por año (es decir, alimentos de proceso y productos).

 

Alternativa 2. Eliminar la columna de tolueno y volver a ejecutar la simulación. Dado que el bifenilo se reciclará hasta su extinción, la producción de benceno debería aumentar. Reemplace el divisor de corriente, que divide el vapor instantáneo en una purga y un reciclado de gas, con una unidad de separación de membrana que se puede modelar con una unidad CSEP (separador de caja negra). Para la Alternativa 2, el proveedor de la unidad de membrana ha suministrado la siguiente información: El hidrógeno pasará a través de la membrana más rápido que el metano. El vapor de benceno, tolueno y bifenilo no pasarán a través de la membrana. El permeado rico en hidrógeno será el nuevo gas de reciclaje. El gas retenido se utilizará para combustible. Las pruebas indican que la pureza del gas permeado rico en hidrógeno será del 95% en moles con una recuperación de hidrógeno del 90%. Sin embargo, la presión del gas  permeado será de 50 psia, en comparación con 500 psia para el gas de reciclaje en la operación actual de la planta. Se requiere una presión de 570 psia en la descarga del sistema de compresión de gas de reciclaje. Por lo tanto, se necesitará necesita rá un nuevo compresor. Ejecutar el proceso renovado con el simulador. A partir de su balance de material convergente, resuma el balance general de material componente en libras por año (es decir, alimentos de proceso y productos). La unidad de membrana debe dimensionarse a mano mediante cálculos basados en el flujo de hidrógeno a través de la membrana. Las pruebas realizadas reali zadas por el proveedor utilizando una membrana de acetato de celulosa no porosa en un módulo en espiral indican que este flujo es de 20 scfh (608F y 1 atm) por pie cuadrado de área de superficie de membrana  por 100 psi de presión parcial de hidrógeno fuerza motriz. Para determinar la fuerza motriz, tome la presión parcial de hidrógeno en el lado de alimentación de la membrana como el promedio aritmético entre las presiones parciales de entrada y salida (retenido). Tome la presión parcial de hidrógeno en el lado del permeado como la del permeado final. Resuma y discuta sus resultados en un informe y haga recomendaciones sobre estudios de costos.

 Ilustración 1 Selección de componentes componentes

 

   Ilustración 2 Selección del paquete termodinámico

 Ilustración 3 Diagrama de flujo del problema problema (alternativa 1)

 

Discusión de resultados

En la corriente de benceno se puede observar que se obtiene 75.6438 lbmol/hr de  benceno y 0.011524 0.011524 lbmol/hr con respecto al hidrógeno.

 Ilustración 4 Diagrama de flujo del problema problema (alternativa 2) Discusión de resultados

En este diagrama de flujo se eliminó la torre de destilación del tolueno para producir directamente el bifenilo, y seguido se añadió un separador de membrana que es un filtro el cual permite la separación de gases. 6.7. Para las siguientes reacciones, determine las temperaturas máximas o mínimas de los

efluentes del reactor suponiendo: a)  Conversión completa  b)  Conversión en equilibrio Los reactivos están disponibles en proporciones estequiométricas, a la temperatura y  presión indicadas.

  (°) °)  P (atm)

N° de Reacción Reacción 1 2

7 8 +   ⟶ 6 6 + 4   1200  +

1 2

  → 3  

77

38,7 1

 

3

4

 +

1 2

  →   

77

 4    →  3  +     932

1

26

Además, encuentre los calores de reacción en las condiciones de los reactivos.

 Ilustración 5 Selección del paquete termodinámico, para para todas las reacciones (1, 2, 3 y 4)

 Ilustración 6 Diagrama de flujo del del problema para todas las reacciones (1, 2, 3 y 4)

 

   Ilustración 7 Condiciones de operación en el separador flash para todas las reacciones (1, 2, 3 y 4)

 Ilustración 8 Resultados obtenidos del separador separador flash para todas las reacciones (1, 2, 3 y 4)

  Reacción 1.



 

   Ilustración 9 Selección de componentes componentes

 Ilustración 10 Condiciones de operación del reactor Conversión completa

 Ilustración 11 Reacciones en el reactor literal (a)

 

   Ilustración 12 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (a)

Conversión en equilibrio

 Ilustración 13 Reacciones en el reactor literal (b)

 Ilustración 14 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (b)

 

  Reacción 2



 Ilustración 15 Selección de componentes componentes

 Ilustración 16 Selección del modelo termodinámico termodinámico

 

   Ilustración 17 Condiciones de operación del reactor, literales (a y b) Conversión completa

 Ilustración 18 Reacciones en el reactor literal (a)

 Ilustración 19 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (a)

 

Conversión en equilibrio

 Ilustración 20 Reacciones en el reactor literal (b)

 Ilustración 21 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (b)

  Reacción 3



 Ilustración 22 Selección de componentes componentes

 

   Ilustración 23 Selección del modelo

 Ilustración 24 Condiciones de operación del reactor literal (a y b) Conversión completa

 Ilustración 25 Reacción en el reactor literal (a)

 

   Ilustración 26 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (a) Conversión en equilibrio

 Ilustración 27 Reacción en el reactor literal (b)

 Ilustración 28 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (b)

 

  Reacción 4



 Ilustración 29 Selección de componentes componentes

 Ilustración 30 Selección del modelo termodinámico termodinámico Conversión completa

 

   Ilustración 31 Condiciones de operación operación del reactor de literal (a y b)

 Ilustración 32 Reacción en el reactor literal (a) Conversión en equilibrio

 Ilustración 33 Resultados del reactor para el calor de reacción literal (a)

 

   Ilustración 34 Reacción en el reactor literal (b) Discusión de resultados

Se debe tomar en cuenta que para obtener el calor de reacción primero se debe hallar la  presión de rocío para lo cual se usa un separador y esta presión de rocío es utilizada para la obtención del calor de reacción. De igual manera para calcular la temperatura de reacción adiabática se debe utilizar la presión de los reactivos químicos que ingresan al reactor.

6.9. Para el Ejemplo 6.8, use un simulador para graficar la temperatura del efluente del reactor de metanol en función de la velocidad de flujo del dodecano.

 Ilustración 35 Selección de componentes componentes

 

   Ilustración 36 Selección del modelo termodinámico termodinámico

 Ilustración 37 Diagrama de flujo del del problema

 Ilustración 38 Condiciones de operación del reactor

 

   Ilustración 39 Reacciones en el reactor

 Ilustración 40 Ventana de los resultados sensibity

 Ilustración 41 Gráfica de la temperatura en función del flujo molar del dodecano Discusión de resultados

Como se puede observar a medida que aumenta el flujo molar de Dodecano, la temperatura de los efluentes disminuye, esto se debe a la presencia del Dodecano actúa como inerte, el mismo, que absorbe el calor de la reacción, disminuyendo la temperatura de los efluentes del reactor.