Balance de Energía en un Reactor de Producción de Etilbenceno

BALANCE DE ENERGÍA EN UN REACTOR DE PRODUCCIÓN DE
ETILBENCENO



Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá
Facultad de Ingeniería – Balance de Energía y Equilibrio Químico
Junio de 2013
Bogotá D.C

Abstract
Basados en determinadas condiciones de alimentación y flujo de productos en un
reactor de alquilación de benceno con etileno en presencia de un catalizador para
obtener comoproducto deseado etilbenceno, se realiza un balance de energía de
comportamiento real. Se tienen en cuenta la fase en que funciona el reactor y el
grado de conversión y selectividad de los compuestos involucrados a ciertas
condiciones de temperatura y presión.
Key words: Alquilación, etilbenceno, balance, energía.

1. Introducción
El etilbenceno es un producto “intermedio” que se utilizaen la industria química
con el propósito de la producción del monómero estireno, éste es polimerizado a
poliestireno, un polímero con gran importancia en la industria. Además, una
pequeña parte del etilbenceno es utilizado como solvente en insecticidas,
combustibles y pinturas.
La obtención de etilbenceno se basa principalmente en la alquilación de benceno
con etileno, esta reacción es muyflexible y se puede llevar a cabo en reactores de
fase líquida o fase vapor. La diferencia primordial entre estas dos maneras de
procesar el benceno y el etileno, además de la fase en la que se encuentran los
compuestos, son los catalizadores que se utilizan. Los diferentes tipos de
catalizadores llevan a diferentes productos secundarios, principalmente, gracias a
la realquilación del benceno,dietilbencene y otros polietilbencenos.
En la alquilación en fase líquida, la alimentación entra a temperaturas y presiones
considerablemente bajas, el catalizador utilizado es cloruro de aluminio, una
sustancia corrosiva, lo que perjudicaba su uso. En la alquilación en fase vapor,
conocido como el proceso Mobil-Badger, se utilizaba un catalizador de silicato de
aluminio cristalino en formade tamiz molecular modificado (1). Aunque la
preferencia por el proceso en fase líquida era clara ya que no se necesitaba
disponer de los residuos del catalizador, Lummus Crest/Unocal/UOP desarrollaron
un proceso de alquilación de benceno en fase líquida utilizando como catalizador
una zeolita (2). Así, la producción de etilbenceno en fase líquida basada en zeolita
fue comercializada por susbeneficios: el uso del catalizador resulta en la
reducción de la producción de xileno (una impureza) a niveles tan bajos como 500
ppm en el producto, además las bajas temperaturas requeridas disminuían el
costo de energía y la utilización de materiales resistentes a las altas temperaturas
manejadas en la alquilación en fase vapor, y, por supuesto, se evitaban los
problemas de disposición deresiduos asociados a la utilización del cloruro de
aluminio como catalizador.

2. El Reactor
En la actualidad, aunque se utilizan igualmente reactores en fase líquida como en
fase vapor para la producción de etilbenceno, William Luyben (3) propone la
utilización de un reactor CSTR en fase líquida para la primera etapa del proceso
donde el etileno fresco es alimentado junto con el benceno. Unreactor CSTR es
“un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada de tal
manera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto, se asume
que sus propiedades son uniformes en todo el interior del reactor”. Nuestro reactor
a analizar tiene dos corrientes de alimentación: la corriente (B) de Benceno líquido
que entra al 320 K proveniente del benceno frescoalimentado y del reciclado en
secciones más adelante del proceso, la corriente (E) de Etileno fresco líquido que
entra igualmente a 320 K. La corriente (P) de Productos que contiene etileno (Et),
benceno (Bn), xileno (X), etilbenceno (EB) y una serie de polietilbencenos (PEB),
productos secundarios, que se discutirán más adelante. Nuestro proceso en el
reactor, que opera a 434 K y 12 atm, tendrá el...