diseño

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍAS QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
SEMESTRE ENERO-JUNIO 2006

Diseño de Procesos 2 – Grupo 8X
Titular: Dr. Carlos Francisco Cruz Fierro

CHEMCAD – Ejercicio 6
Reactor cinético
OBJETIVO
Familiarizarse el uso del reactor cinético para modelar reacciones controladas por la
velocidad de reaccion y/o múltiples reacciones.
PRODUCCIÓN DE ÁCIDOACRÍLICO POR OXIDACIÓN CATALÍTICA PARCIAL DE PROPILENO
El ácido acrílico (AA) se usa como precursor de una amplia variedad de químicos en la industria de
los polímeros y en la industria textil. Hay varias rutas para producir AA, pero la más común es la
oxidación parcial del propileno. El mecanismo usual para producir AA emplea un proceso en dos etapas en
el cual el propileno es oxidado primeroa acroleína y luego vuelto a oxidar para producir AA. Varias
reacciones secundarias pueden ocurrir, principalmente oxidaciones de reactivos y productos, siendo ácido
acético uno de los productos secundarios principales. Típicamente el proceso involucra un sistema de dos
reactores cada uno conteniendo un catalizador diferente y operando en condiciones tales que se maximice
la producción de AA.Para el propósito de este ejercicio, asumiremos que se emplea un solo reactor catalítico de lecho
fluidizado y no se analizará la parte de separación del efluente.
CINÉTICA Y CONFIGURACIÓN DEL REACTOR
Las reacciones que ocurren en el sistema están controladas por la cinética química (es decir, están
lejos del equilibrio). Las tres siguientes reacciones tienen lugar:
R1:

C3 H 6 + 3 O2 C3 H 4O2 + H 2O
→
2

propileno

R2:

ácido acrílico

C3 H 6 + 5 O2  C2 H 4O2 + CO2 + H 2O
→
2
ácido acético

propileno

R3:

C3 H 6 + 9 O2  3CO2 + 3H 2O
→
2

propileno

para las cuales la velocidad de reacción es

 E 
−ri = k0,i exp− i PC3 H 6 PO2
 RT 

k0,i

Ei

[kmol/m³·h·(kPa)²]
Reacción 1
Reacción 2
Reacción 3

con constantes:

[kcal/kmol]1.59 × 10

5

15,000

8.83 × 10

5

20,000

1.80 × 10

8

25,000

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DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

INFORMACIÓN SOBRE EL PROCESO
CORRIENTES DE ALIMENTACIÓN
1 – Aire

2 – Vapor

3 – Propileno

Temperatura

25.0°C

159.0°C

25.0°C

Presión

1.0 bar

6.0 bar

11.5 bar

Propileno

—

—

127.0 kmol/h

Nitrógeno

1056.7 kmol/h

——

Oxígeno

280.9 kmol/h

—

—

Agua

25.3 kmol/h

992.3 kmol/h

—

El aire alimentado se comprime a 5 bar antes de ser mezclado con el vapor y el propileno. La
presión de salida del mezclador se asume a 4.3 bar.
Las reacciones tienen lugar en un reactor catalítico de lecho fluidizado. Dependiendo de las
condiciones de fluidización, los sistemas gas-sólido presentan formación deburbujas que ocasionan que
no todo el gas entre en contacto con el catalizador sólido. CHEMCAD no tiene un método directo para
modelar este tipo de reactores, por lo que se emplea un reactor de flujo tapón y la corriente de
alimentación al reactor se separa para que una parte (10% en este caso) no pase por el reactor. De este
modo, incluso si el volumen del reactor fuese infinito, la máximaconversión sería del 90%.
El reactor tiene un volumen de 100 m³ y opera isotérmicamente a 310°C y 3.5 bar.
Es importante señalar que al especificar los parámetros del reactor se puede (y generalmente
se debe) especificar un conjunto diferente de unidades para las cantidades involucradas en la ecuación de
velocidad, en particular si la ecuación está basada en concentración o en presión parcial.Página 2 de 4

CINÉTICA DE REACCIÓN EN CHEMCAD
CHEMCAD calcula la velocidad de reacción de cada componente involucrado en base a la siguiente
ecuación cinética general:


ri =



nrx

∑N A e (

− E j / RT )

ij

j

n

∗

j=1

∏
k=1



α kj
 1+

(C k ) 




n

∑φ e (

− Ekj / RT )

kj

bkj

∗ (Ckj )

k=1

−
 βj


...