Simulacion hda

10. PROCESO DE HIDRODESALQUILACIÓN

1. OBJETIVOS 1.1. Simular, en estado estacionario, el proceso de hidrodesalquilación del tolueno para producir benceno. 1.2. Simular el comportamiento de un reactor tubular con reciclo y el de las columnas de separación 1.3. Dimensionar intercambiadores de calor, separadores de fases, reactores tubulares y columnas de destilación mediante la asistencia deHYSYS. 2. INTRODUCCION El diseño en estado estacionario de este proceso se ha estudiado extensivamente por Douglas en varios artículos y en el libro de texto “Conceptual Designo of Chemical Processes” (McGraw-Hill), 1998). La química y la sección de reacciones se encuentran en el capitulo 13 de “Plantwide Dynamic Simulators in Chemical Processing and Control, W.L. Luyben, Dekker). En una prácticaanterior se analizo el sistema de reacción. Recordemos que el reactor se opera adiabáticamente a altas temperatura y presión. La reacción ocurre en la fase gaseosa y se utiliza un gran exceso de hidrógeno para suprimir el “Cracking”. Una gran corriente de reciclo gaseoso que sale del separador se comprime y se retorna al reactor. En esta práctica se agrega la sección de separación. La Figura 1muestra el diagrama de flujo. El líquido que sale del separador consiste en su mayor parte de benceno, tolueno, y difenilo con unas pequeñas cantidades disueltas de hidrógeno y metano. Esta corriente tiene que separarse en una corriente de producto (benceno), una corriente de subproducto (difenilo) y una corriente de reciclo de tolueno. Se utiliza una secuencia de tres columnas de destilación porque lasvolatilidades relativas de los varios componentes son bastantes diferentes. 3. PROCESO ESTUDIADO El ejemplo que estudiaremos es el proceso de hidrodesalquilación del tolueno (HDA) para la producción de benceno, que se ha considerado en profundidad por Douglas (“Conceptual Design of Chemical Proceses, McGraw-Hill, 1998). Algunos valores de los parámetros que se usarán son ligeramente diferentes alos de Douglas. 3.1. PAQUETE FLUIDO: 3.1.1 COMPONENTES: 3.1.2 ECUACIÓN: 3.1.3 REACCIONES 3.1.3.1. Tipo: Tolueno, Hidrógeno, Benceno, Metano y Difenilo. Lee Kesler Pocker Cinético 1

3.1.3.2. Estequiometría: Tolueno + H2 Benceno

Benceno + Metano Difenilo + H2

Para introducir las dos reacciones se va a la pestaña Rxns, luego se le da clic a la casilla Simulación Basis Mgr y luego en AddComps y en add this groups of components, se cierra la ventana y se pulsa Add Rxn, se escoge el tipo de reacción y se pulsa Add Reaction, se despliega la ventana y se escogen todos los componentes, colocando los coeficientes estequiometricos de la siguiente manera productos (+) y reactivos (-). Se observa en el Balance que el calor de reacción a 25°C es de -18000 BTU/lbmol para la primera (reacciónexotérmica) y de 3500 BTU/lbmol para la segunda (reacción endotérmica) 3.1.3.3. Base: Para ambas reacciones la Base es presión parcial; los componentes bases tolueno y benceno, respectivamente; la fase de la reacción es Vapor y las unidades bases son psia para la presión y lbmol/pie3 h para la velocidad de reacción. 3.1.3.4. Parámetros Cinéticos Los parámetros cinéticos son los de las expresionescinéticas dadas en Luyben etal. (“Plantwide Process Control”, McGraw-Hill). Sin embargo, cuando se usan estas expresiones cinéticas se obtienen conversiones del 100% para el tolueno. Se tomo un enfoque empírico, el factor preexponencial de ambas reacciones se modificó hasta que los flujos molares de benceno y difenilo que salen del reactor fueran similares a los dados por Douglas. Las ecuacionesusadas en la simulación son:

⎛ 90800 ⎞ R1 = 3.68 ⋅ 10 6 × exp⎜ ⎟ PT PH 2 ⎝ RT ⎠ ⎛ 90800 ⎞ 2 ⎛ 90800 ⎞ 5 R2 = 9 ⋅ 10 4 × exp⎜ ⎟ PB - 2.553 ⋅ 10 × exp⎜ ⎟ PD PH 2 ⎝ RT ⎠ ⎝ RT ⎠ Donde las velocidades de reacción tienen unidades de lbmol/h-pie3 las concentraciones están en lbmol/pie3 la energía de activación está en BTU/lbmol y la temperatura en ºR. Los parámetros cinéticos se introducen de la...