Reactores Quimicos

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RESUMEN EJECUTIVO

En este trabajo hemos estudiado la producción de acetona a partir de alcohol isopropílico (IPA). La reacción que define el proceso es la siguiente:
CH32CHOH→CH32CO+H2
Se trata de una reacción que debido a reacciones secundarias, se debe llevar a cabo a una presión de 2 atm y una temperatura de 350ºC. En estas condiciones, la conversión por paso se encuentra en elintervalo entre 85 y 92%.
Ahora vamos a pasar a analizar el proceso de producción elemento por elemento:
* ALIMENTACIÓN FRESCA
Se trata de una mezcla azeotrópica de IPA y agua (88%en masa de IPA). El caudal másico es de 2439kg/h. En primer lugar, obtenemos los caudales molares de cada componente:
| | |
μ_AGUA: | 5,42 | kmol / h |
μ_IPA: | 39,024 | kmol / h |
μ_total | 44,444 | Kmol/h |No se especifican condiciones iniciales, por lo que se ha supuesto condiciones estándar ( 1atm y 25ºC).

* MEZCLADOR M-101
La alimentación fresca junto con el reciclo que proviene de la segunda columna de destilación (con una composición similar a la del azeótropo) se mezclan, dando lugar a una sola corriente que se introduce en el intercambiador de calor. Aquí las dos corrientes notienen por qué tener la misma temperatura, por lo que se realiza un balance de energía para obtener la temperatura de salida de la corriente (se supondrá que la presión de salida es 1 bar).
∆Hcorriente fresca+∆Hreciclo=∆H S-101

Para el cálculo de las entalpías de entra y de salida, y las entalpías de cada uno de los componentes, se utilizaron las siguientes ecuaciones:∆Hcorriente=μIPA*∆HIPA+μH20*∆HH20
∆HIPA=∆Hf,IPA0+CpTe-Tref-∆Hv,IPA
Siendo ∆Hf,IPA0 la entalpía de formación del compuesto, y ∆Hv,IPA la entalpía de vaporización. Hay que tener en cuenta que este último término tiene solo sentido si la corriente es líquida. La temperatura de referencia que se ha tomado son 25ºC.
El cálculo de la entalpía del resto de compuestos de realiza del mismo modo que para el IPA.

* INTERCAMBIADORDE CALOR HX_101
Se trata de un intercambiador a contracorriente que utiliza vapor a alta presión (Tª:350 ºC) para elevar la temperatura de la corriente a 350ºC. En este caso la temperatura de salida no es una incógnita, sino que es un dato. La incógnita es el calor que es necesario suministrar:
∆HS-101+QHX-101=∆HS-102
No se indican rendimientos para el intercambiador, por lo que se hasupuesto que es 1, y que calor real a aportar es directamente la diferencia de entalpía de entrada y salida.

* REACTOR CATALÍTICO R-101
Es un reactor de catalizador de óxido de cobre soportado sobre alúmina. Es multitubular y opera en régimen isotermo. En esta etapa hay dos modos de operar: suponiendo una conversión fija dentro del intervalo, o trabajar con el modelo PFR. Con el primer método,fijada una conversión sólo hay que obtener las concentraciones y caudales molares de cada uno de los componentes. Este modelo no supone que la conversión varíe a lo largo del reactor. El modelo de PFR propone que la reacción va teniendo lugar a lo largo del reactor, y por tanto la presión como la conversión y concentraciones de los componentes va variando. Este es el método que hemos elegido parala simulación del reactor.
El reactor trabaja a 350 ºC (isotermo) y a 2,16bar, sufriendo una caída de presión de 0,39 bar.
En el enunciado no se daba ningún dato de densidad de catalizador, por lo que se han buscado datos bibliográficos, obteniendo una densidad de 1200kg/m3
En la siguiente tabla adjuntamos las corrientes de entrada y salida con sus composiciones:
| ENTRADA | SALIDA |IPA | 39,024 Kmol/h | 6,053796773 |
ACETONA | 0 Kmol/h | 32,97020323 |
AGUA | 5,42 Kmol/h | 5,42 |
H2 | 0 Kmol/h | 32,97020323 |
TOTAL | 44,444 Kmol/h | 77,41420323 |
PRESIÓN | 2,16bar | 1,77 |
TEMPERATURA | 350ºC | 350ºC |

* INTERCAMBIADOR DE CALOR HX-102
El fluido refrigerante es agua fría a 30ºC, saliendo a 40ºC. Con esto conseguimos reducir la temperatura de la...