ESTRUCTURA DE RECIRCULACIÓN DECISIONES

Transcripción

1 ESTRUCTURA DE RECIRCULACIÓN DECISIONES 1. SISTEMAS DE REACCION? SEPARADORES ENTRE ELLOS? 2. RECIRCULACIONES? 3. EXCESO DE REACCIONANTE? 4. COMPRESOR? COSTOS? 5. REACTOR ADIABATICO? CALENTAMIENTO O ENFRIAMIENTO? DILUYENTE O TRANSPORTADOR? 6. CONVERSIÓN DE EQUILIBRIO? 7. POTENCIAL ECONOMICO?

2 ESTRUCTURA DE RECIRCULACIÓN SISTEMAS DE REACCION UN SOLO REACTOR: Reacciones a la misma temperatura y presión Proceso HDA ( ºF, 500 psia) Tolueno + 2Benceno Hidrógeno Benceno + Difenilo + Hidrógeno Metan o DOS SISTEMAS DE REACTORES: Reacciones a diferentes temperaturas o presión 1. Reacciones a 700ºC y 1 atmósfera Acetona Keteno + Me tan o Keteno Monóxido de Carbono Etileno 2. Reacción a 80ºC y 1 atmósfera Keteno + Acido Acético Anhídrido Acético

3 ESTRUCTURA DE RECIRCULACIÓN NUMERO DE RECICLOS PROCESO HDA Componente T. Ebullición Destino Hidrógeno - 253ºC Recirculación y Purga Metano - 161ºC Recirculación y Purga Benceno 80ºC Producto Principal Tolueno 111ºC Recirculación Líquido Difenilo 253ºC Combustible

4 ESTRUCTURA DE RECIRCULACIÓN NUMERO DE RECICLOS ANHIDRIDO Componente T. Ebullición Destino Monóxido de Carbono ºF Subproducto Combustible Metano ºF Subproducto Combustible Etileno ºF Subproducto Combustible Keteno ºF Reactivo Inestable Acetona 133.2ºF Reciclo Líquido a R1 Acido Acético 244.3ºF Reciclo Líquido a R2 Anhídrido Acético 281.9ºF Producto Principal

5 PROCESO HDA F G R G P G F T REACTOR SISTEMA DE SEPARACION P B P D F T (1 - X) F FT

6 PROCESO ANHIDRIDO ACETICO Acido Acético Monóxido de Carbono Metano Etileno Acetona R1 R2 Anhìdrido Acético Acido Acético - Reciclo Acetona - Reciclo

7 EXCESO DE REACCIONANTES Desviar la distribución del producto Buteno + Buteno + Isobu tan o ISOOCTANO Isooc tan o Dodecano Conversión completa de un componente CO + Cl 2 COCl 2 Desviar la conversión de equilibrio Benceno + 3 H 2 Ciclohexan o 1. Relación entre reaccionantes: Variable de diseño 2. Beneficio Económico Costo de recuperación y recirculación

8 BALANCES DE MATERIA Reactivo Límite Proceso HDA (Reciclo de Tolueno) F F = FT = T x P B Sx Otros reactivos Proceso HDA (Reciclo de Hidrógeno) y F FH G + y R PH G = MR F FT x R G = P Sxy B PH MR y PH x y - y FH PH

9 BALANCES DE MATERIA Sub-Productos Reversibles Difenilo (HDA) Si se recircula el difenilo formado en la reacción en serie reversible del proceso HDA y se alcanza el estado de equilibrio de la reacción 2Benceno Difenilo + Hidrógeno El flujo de difenilo se calcula a partir de la expresión para la constante de equilibrio de la reacción K eq = [ Difenilo ][ Hidrógeno ] [ Benceno ] 2

10 PROCESO HDA REACTOR EFECTOS CALORICOS CARGA CALORICA: Q R = ΔH R *F FT = x 10 6 Btu/h CAMBIO DE TEMPERATURA ADIABATICA: Q R = FC P (T R,in T R,out ) Corriente Flujo, mol/h C p, Btu/mol-ºF Gas de Reposición (7) (10.1) = 7.16 Gas de Reciclo (7) + 0.6(10.1) = 8.86 Tolueno Fresco Reciclo de Tolueno TEMPERATURA DE SALIDA REACTOR: T R,out = 1265ºF < 1300ºF

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12 EFECTOS CALORICOS OPERACIÓN NO ADIABATICA : CALENTAMIENTO DIRECTO ó ENFRIAMIENTO DIRECTO HEURISTICAS : AREA MAXIMA DE TRANSFERENCIA (Intercambiador de cabeza flotante) o pie 2 INTERCAMBIADOR DE CALOR REACTOR o X 10 6 Btu/h TRANSPORTADORES DE CALOR (Carrier) Δ T Adiabático FlujoReactor 1. Recirculando Reaccionante 2. Recirculando Producto o Subproducto 3. Adicionando un Componente Extraño

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14 LIMITACIONES DEL EQUILIBRIO Conversión de Equilibrio Calcular la conversión de equilibrio en función de las variables de diseño porque se requiere en la ecuación cinética para determinar el tamaño del reactor Reactores Separadores Isopropano l Acetona + Hidrógeno Acido Acrílico + E tan ol Acrilato de Etilo + Agua Reacciones Exotérmicas Reversibles H SO 1 Producción de 2 4 : SO2 + O2 SO3 2 Síntesis de Amoníaco : CO + N + H2O CO2 H H2 2NH3 Temperaturas Volúmenes Conversión

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16 LIMITACIONES DEL EQUILIBRIO Diluyentes La adición de un componente extraño (diluyente) a un sistema de reacciones puede ocasionar una desviación de la conversión de equilibrio. Las siguientes reacciones realizadas a 1100ºF y 20 psia se utilizan para la producción de estireno a partir de etilbenceno Etilbencen o Estireno + Hidrógeno Etilbenceno Benceno + Etileno Etilbenceno Tolueno + Me tan o La adición de vapor en la entrada del reactor disminuye la presión parcial del estireno e hidrógeno y, por lo tanto, se disminuye la velocidad de la reacción inversa. El vapor sirve, en parte, como un transportador de calor para suministrar calor en una reacción endotérmica

17 REACTOR - GUIAS DE DISEÑO

18 REACTOR REACCIONES PARALELAS

19 COMPRESOR CENTRIFUGO POTENCIA: *10 P hp = P Q out 1 γ in in P in γ POTENCIA AL FRENO: bhp hp = 0.9 COSTO ANUALIZADO: TAC = 1 3 M & S bhp 0.82 ( F C ) COSTOS DE OPERACIÓN

20 PROCESO HDA - COMPRESOR

21 PROCESO HDA POTENCIAL ECONOMICO - 3