análisis de potencial económico de una planta productora de isooctano





I.- Proceso de producción de gasolina condiciones:
Reacciones:
Reacción 1: isobutano + buteno → isooctano
Reacción 2: isoocatno + buteno → dodecano
Cinética de la reacción; El orden de las reacciones coincide con la estequiometria de la reacción por lo tanto tenemos que:






Tipo de reactor: CSTR (Comúnmente utilizado para reacciones en fase liquida)

1. T= 275 K = 35°F
2. P baja (esta no afecta significativamente el rendimiento de la reacción)
3. Reactor adiabático Q = 0
Nota: si la T > 277 K se inhibe la separación de ácido de la fase de hidrocarburo; si la T > 298 K la reacción de polimerización domina aumentando el consumo del ácido (Catalizador) y disminuyendo el octanaje del aquilato (Isooctano).
Consideraciones para el reactor:
La uniformidad deconcentración de los CSTR tiene un inconveniente porque si se desea una conversión elevada, como la concentración de salida es igual a la existente en el interior del reactor es preciso operar a velocidades de reacción muy pequeñas cuando X es elevada, por lo que se requiere un volumen de reactor infinito (Esto es debido a la ecuación de diseño de los reactores CSTR).
Una posible solución es ponervarios tanques de mezcla perfecta en seria de pequeño volumen para disminuir el tamaño total del reactor y alcanzar una alta conversión.
En sistemas donde se realizan reacciones múltiples como es nuestro caso, interesa tener la máxima selectividad del producto principal (isooctano), por eso es mejor usar una batería CSTR a un solo reactor. Para esto se necesita que la segunda reacción seamínima.
Esto se puede conseguir de tres formas, por una parte que la relación de iso-butano/ iso-octano sea la mayor posible, que la concentración de buteno sea la menor (reactivo limitante) o que la temperatura sea baja. Lo primero se consigue con una gran recirculación de iso-butano, de esta forma obtenemos un gran exceso de iso-butano en la sección de reacción con lo que se consigue que:

Losegunde se puede conseguir dividiendo la corriente de alimentación en varias de forma que pequeñas cantidades de buteno reaccionen en cada reactor y para la tercera opción se debe de mantener la temperatura baja por que la energía de activación de la reacción indeseada es mayor y su efecto disminuye cuando la temperatura es baja como se muestra en la siguiente figura.


Grafico creado en GRAPH(programa computacional)

La reacción se lleva a cabo en un reactor adiabático por lo que el calor trasferido es cero y no consume energía para mantener la temperatura constante.
II.- Determinación de las corrientes de flujo en el proceso










Pasos matemáticos para cálculo de las corrientes del diagrama de flujo (Modelo matemático previamente desarrollado en clases y tareaanterior).
1. Calculo de ,
Datos:




2. Calculo de las corrientes del diagrama de flujo


Modelo Matemático
Calculo de los balances en el reactor:
1.- fijamos T1 MR y XB para calcular XiB


2.- Suponemos ρ=constante, para poder calcular FiB3 de las ecuaciones

Dónde: Fi04 = Fi08


3.- Calcular FiB3 con la conversión XiB
FiB4 = FiB3 (1 – XiB )
4.- Con MR calculamos FB3suponiendo ρ=constante.

5.- Con la XB calculamos FB4

6.- A partir del consumo del isobutano calcular el εR1
FiB4 = FiB3 — εR1
εR1 = FiB3 — FiB4
7.- Con el consumo de Iso – Octano calculamos εR2
Fi04 = εR1 — εR2
εR2 = εR1 — Fi04
Cálculos de los balances globales:
1.- Calculamos la selectividad

2.- Calculamos producción de subproducto dodecano
= εR2
3.- Calculemos el Costo del flujode la materia prima (butano) a partir de los avances de reacción:

4.- A partir del el calculamos el flujo del isobutano en la corriente 2:

5.- Con los datos de composición de las corrientes de entrada calculamos:



6.- Con los datos de Composición de las corrientes de entrada calculamos


+
+
6.- Calcula de la Recirculación:

Donde Y...