Estudio termodinámico de estireno a partir de etilbenceno

Contenido
Estudio termodinámico 3
Reacciones[3] 3
Ecuaciones 3
Resultados 5
Conclusiones 9
Capacidad calorífica 9
Entalpía 9
Energía interna 9
Entropía 9
Energía de Helmholtz 9
Energía de Gibbs 9
Constante de Equilibrio 9
Recomendaciones 10
Anexos 11
A1. Valores máximos y mínimos de las variables calculadas 11
A2. Cálculos 11
Capacidad calorífica 11
Entalpía 11Energía interna 12
Entropía 12
Energía de Helmholtz 14
Energía de Gibbs 14
Constante de equilibrio 14
A3 Relaciones trigonométricas hiperbólicas[2] 15
Funciones hiperbólicas 15
Integrales de funciones hiperbólicas 15
Integración por partes 15
A4. Programación en VBA 15
Nomenclatura 20
Letras latinas 20
Letras griegas 20
Subíndices y superíndices 20
Referencias 21Estudio termodinámico
En este reporte se determinó la variación con respecto a la temperatura de las siguientes variables termodinámicas: capacidad calorífica, entalpía, energía interna, entropía, energía de Helmoltz, energía de Gibbs y constante de equilibrio.
En base a este estudio se definió el rango de temperatura de operación más adecuado.
Reacciones[3]

Ecuaciones
Las ecuaciones parala capacidad calorífica se tomaron del Manual del Ingeniero Químico[1], las ecuaciones para el cambio de entalpía y entropía se desarrollaron a partir de la capacidad calorífica (véase Anexos). Las ecuaciones utilizadas se muestran en la Tabla 1.

Resultados

Figura 1. Dependencia con la temperatura de las variables termodinámicas de la reacción principal.

Figura 2. Cambio de la capacidadcalorífica de reacción de los seis sistemas involucrados.

Figura 3. Cambio de la entalpía de reacción de los seis sistemas involucrados.

Figura 4. Cambio de la energía interna de reacción de los seis sistemas involucrados.

Figura 5. Cambio de la entropía de reacción de los seis sistemas involucrados.

Figura 6. Cambio de la energía de Helmoltz de reacción de los seis sistemasinvolucrados.

Figura 7. Cambio de la energía de Gibbs de reacción de los seis sistemas involucrados.

Figura 8. Cambio de la constante de equilibrio de los seis sistemas involucrados.

Conclusiones

Capacidad calorífica
Los productos de las reacciones secundarias que involucran el agua y formación de dióxido y monóxido de carbono consumen mayor energía que la reacción principal. La región a laderecha de 900 K indica que se requeriría menor energía para aumentar la temperatura de la mezcla de reacción, por lo que un intervalo adecuado sería de 900 a 1100 K.

Entalpía
Las reacciones que producen benceno y tolueno (reacciones 2 y 3) son exotérmicas, las otras cuatro reacciones involucradas son endotérmicas, por lo tanto las reacciones exotérmicas contribuyen a las reacciones queconsumen energía (20% de la energía requerida cuando se lleva a cabo a 1000 K). El máximo presentado en la reacción principal a los 1000 K representa una limitante para seguir aumentando la temperatura, ya que la temperatura disminuiría con mayor rapidez a partir de ese punto.

Energía interna
La gráfica muestra que se requeriría menos energía si se llevara a cabo a volumen constante, beneficiadotambién por el aumento de presión en el sistema, sin embargo para un sistema de producción en línea con fluidos en fase gas no es factible.

Entropía
Las reacciones que forman benceno y tolueno se llevan a cabo en sentido opuesto. El cambio máximo de entropía en la reacción principal, lo que favorece el desplazamiento hacia los productos, coincide en temperatura con el cambio de entalpía, 1000 K.A temperaturas mayores se favorecen a las demás reacciones, no así para la principal.

Energía de Helmholtz
La reacción principal tiene una tendencia lineal, además se ve más favorecida a volumen constante en comparación con las reacciones secundarias, a excepción la de tolueno.

Energía de Gibbs
La reacciones más favorecidas son las que consumen monóxido de carbono e hidrógeno, sin...