Reactor Tubular Hysys

8. REACTOR TUBULAR CON RECICLO GASEOSO

1. OBJETIVOS 1.1. Simular el comportamiento de un reactor tubular con reciclo de energía, en estado estacionario, y asistido por HYSYS 1.2. Analizar el efecto de cambios en las especificaciones de los productos en el comportamiento del proceso 1.3. Dimensionar intercambiadores de calor, separadores de fases y reactores tubulares mediante la asistencia deHYSYS 2. INTRODUCCION En esta práctica se estudiará un proceso con múltiples unidades y con tres corrientes de reciclo. El proceso consiste de un reactor, tres intercambiadores de calor, un compresor, una bomba y un tanque separador. El reactor opera a alta temperatura y presión y con reacciones que se realizan en la fase gaseosa. La recuperación de la energía es importante y, por esto, seincorpora en el diseño el precalentamiento del alimento por medio del efluente caliente del reactor. Esta retroalimentación de energía hace más difícil el control del proceso. La conversión por paso es solo moderada y esto ocasiona que se necesite de un gran exceso de los reactivos, lo que ocasiona una gran corriente de reciclo 3. PROCESO ESTUDIADO El ejemplo que estudiaremos es el proceso dehidrodesalquilación del tolueno (HDA) que se ha considerado en profundidad por Douglas (“Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill, 1988). Algunos valores de los parámetros que se usarán son ligeramente diferentes a los de Douglas 3.1. PAQUETE FLUIDO 3.1.1. COMPONENTES: Tolueno, Hidrógeno, Benceno, Metano y Difenilo 3.1.2. ECUACIÓN: Peng Robinson 3.1.3. REACCIONES 3.1.3.1.Tipo: Cinético3.1.3.2.Estequiometría: Tolueno + H2 Benceno + Metano 2 Benceno Difenilo + H2 Se observa en el Balance que el calor de reacción a 25 ºC es de -18000 BTU/lbmol para la primera (reacción exotérmica) 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 esVapor 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 expresiones cinéticas dadas en Luyben et al. (“Plantwide Process Control”, McGraw-Hill). Sin embargo, cuando se usan estas expresiones cinéticas se obtienen conversiones del 100% para el tolueno. Se tomó un enfoque empírico, el factorpreexponencial 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 ecuaciones usadas en la simulación son:

R1 = 3.68 x10 6 * exp(−

90800 ) PT PH 2 RT

R2 = 9.0 x10 4 * exp(−

90800 2 90800 ) PB − 2.553 x10 5 * exp(− ) PD PH 2 RT RT

donde las velocidades de reacción tienen unidades delbmol/h-pie3, las concentraciones están en lbmol/pie3, la energía de activación está en BTU/lbmol y la temperatura en ºR 3.2. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO La Figura 1 muestra el diagrama de flujo de este proceso terminada la simulación con los tres lazos de reciclo. 3.2.1. DESCRIPCION Se introducen dos corrientes de alimento al proceso. Un alimento gaseoso de hidrógeno (Fracción de vapor = 1.0,549.7 ºR, 591 psia, 484 lbmol/h, 98 % molar de H2 y 2 % molar de metano) y un alimento líquido de tolueno puro (Fracción de vapor = 0.0, 549.7 ºR, 591 psia, 370 lbmol/h). Estos se combinan con una gran corriente gaseosa de reciclo, que es una mezcla de hidrógeno y metano. La corriente mixta se calienta en un intercambiador de calor efluente/alimento (FEHE), por donde circula el efluente del reactor y,adicionalmente, en un horno para elevar la temperatura de entrada al reactor a 1150 ºF. La presión de entrada al reactor es de 521 psia.

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El reactor es tubular y adiabático sin catalizador. El recipiente tiene 9.53 pies de diámetro y 57 pies de longitud. El alimento tiene 376 lbmol/h de tolueno y 2132 lbmol/h de hidrógeno. El gran exceso de hidrógeno es necesario para prevenir la...