Balance De Energía De Un Reactor

IV.V. Balances de Materia y Energía en el Reactor (R-101)











El reactor empleado para llevar a cabo la conversión de propileno a acetona es un reactor de lecho empacado; por el cual, la reacción de oxidación directa de éste es ejecutada en un rango de temperatura de 90 a 120 C. La presión en la zona de reacción debe oscilar dentro 0.9 y 1.2x10 6 Pa.

La acetona y el aireen fase gaseosa son introducidos al reactor, a una velocidad espacial de 25 a 35 de pie cúbico estándar de etileno

La entrada de aire que se introduce al reactor tiene un flujo de (593,224 Kmol/h) a las condiciones de 115°C de temperatura y a 174.045 psi (12 bar) de presión, y la alimentación de propileno con un flujo de (213,875 Kmol/h) a 115 °C y 174.045 psi (12 bar) de presión. Acontinuación se muestra la especificación para la corriente de entrada al reactor:
Tabla 1. Composición de la Corriente de Entrada al Reactor.
Compuesto Fracción Molar Flujo Molar (kmol/h)
C_3 H_6 1 213.875
o_2 0,21 124,58
N2 0,79 468,65

Tabla 2. Resultados obtenidos en aspen de todas las corriente de entrada y salidas del reactor
Datos de aspen Propileno alimentado Aire alimentado Salida delreactor
Temperatuara (C) 115 115 120
Presion (bar) 12 12 12
Fracción de vaporización 1 1 1
Flujo mol (Kgmol\h) 213,88 593,224 707,968
Flujo masa (Kg\h) 9000 17114,737 26114,737
Flujo volumétrico cm\h 575,183 1595,380 1928,491
Las reacciones que se llevan a cabo en el reactor son las siguientes:

Reacción Principal.

C_3 H_6+1\2O2→CH_3 COCH_3

Propileno+oxigeno→acetona

Tabla 3. Tablaestequiometria
Componentes Entra Cambio Sale
Propileno (A) FAo -FAoX FA=FAo((1-X)\(1+€X))(Po\P)(T\To)
Oxigeno (B) FAo∆B -FAo(1\2) FB=FAo(∆B-1\2X) \(1+€X))(Po\P)(T\To)
Acetona (C) --------- FAoX FC=FAoX\(1+€X))(Po\P)(T\To)
Inertes (I) FAo∆i -------- FI=FAo∆i\(1+€X))(Po\P)(T\To)

Ft=FAo(1+∆B+∆I-1/2 X) (ec.1)
∆B=(124,58 Kmol/h )/(213,88 Kmol/h)=0,582(ec.2)
∆I=(468,65 Kmol/h )/(213,88 Kmol/h)=2,191 (ec.3)

∆A=(213,88 Kmol/h )/(213,88 Kmol/h)=1 (ec.4)
Ft=213,88 Kmol/h(1+0,582+2,191-1/2 X)
707.105 Kmol/h=213,88 Kmol/h(1+0,582+2,191-1/2 X) (ec.5)
X=0,926

Tabla 4. Moles en la salida del reactor.
Compuesto Flujo Molar (kmol/h)
Propileno (A) 15,826
Oxigeno (B) 25,665
Acetona (C) 198,053
Inertes (I) 468,4Balances de Energía

Referencia: (25°C; Fase: Vapor)

Determinación del calor de reacción a 25°C, para la reacción es:

Los calores de formación a 25°C en estado gaseoso, de los compuestos que participan en las reaccion se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 5. Calores de formación para los compuestos presentes en la reacción.
Componente Calor de Formación (kcal/kmol)
Propileno44320
Oxigeno -------
Acetona -59320
Nitrógeno -------

Para la reacción se tiene:

C_3 H_6+1\2O2→CH_3 COCH_3


El calor de reacción a 25 °C para la presente reacción, será el siguiente:

ΔH_r 25°C=Δ〖H_f〗_Productos-ΔH_Reactivos (ec.6)

ΔH_r 25°C=Δ〖H_f〗_acetona-(Δ〖H_f〗_propileno )


ΔH_r 25°C=-59320 Kcal/Kmol—(44320 Kcal/Kmol)




ΔH_r 25°C=-103640Kcal/Kmol

Ahora, sedetermina el calor para la reacción:


Δ〖H_Reac〗_1=-103640Kcal/(Kmol )*213,88*0,926 Kmol/h (ec.7)

Δ〖H_Reacción〗_general=-20526200 Kcal/h

El calor que se debe de retirar en el reactor se determina de la siguiente manera:


Q-W+ΔH-ΔH_r=0 (ec.8)

Donde W es el trabajo realizado al sistema, ΔH es la diferencia de entalpia entre la entrada y salida del reactor, ΔHr es la entalpia dereacción (exotérmica) y Q es el calor transferido al fluido de enfriamiento. El W no será tomado en cuenta para el cálculo del calor. Entonces la expresión resultante sería la siguiente:

Q=H_Salida-H_Entrada+ΔH_r (ec.9)

Las capacidades caloríficas en fase vapor (Cp de vapor) para los compuestos involucrados son los siguientes:


Tabla 6. Constantes para el cálculo de las capacidades...