SEÑOR

10. PROCESO DE HIDRODESALQUILACIÓN

1. OBJETIVOS
1.1. Simular, en estado estacionario, el proceso de hidrodesalquilación del tolueno para
producir benceno.
1.2. Simular el comportamiento de un reactor tubular con reciclo y el de las columnas de
separación
1.3. Dimensionar intercambiadores de calor, separadores de fases, reactores tubulares y
columnas de destilación mediante la asistenciade HYSYS.
2. INTRODUCCION
El diseño en estado estacionario de este proceso se ha estudiado extensivamente por
Douglas en varios artículos y en el libro de texto “Conceptual Designo of Chemical
Processes” (McGraw-Hill), 1998). La química y la sección de reacciones se encuentran en
el capitulo 13 de “Plantwide Dynamic Simulators in Chemical Processing and Control,
W.L. Luyben, Dekker).
En unapráctica anterior se analizo el sistema de reacción. Recordemos que el reactor se
opera adiabáticamente a altas temperatura y presión. La reacción ocurre en la fase gaseosa
y se utiliza un gran exceso de hidrógeno para suprimir el “Cracking”. Una gran corriente
de reciclo gaseoso que sale del separador se comprime y se retorna al reactor.
En esta práctica se agrega la sección de separación.La Figura 1 muestra el diagrama de
flujo. El líquido que sale del separador consiste en su mayor parte de benceno, tolueno, y
difenilo con unas pequeñas cantidades disueltas de hidrógeno y metano. Esta corriente
tiene que separarse en una corriente de producto (benceno), una corriente de subproducto
(difenilo) y una corriente de reciclo de tolueno. Se utiliza una secuencia de tres columnas
dedestilación porque las volatilidades relativas de los varios componentes son bastantes
diferentes.
3. PROCESO ESTUDIADO
El ejemplo que estudiaremos es el proceso de hidrodesalquilación del tolueno (HDA) para
la producción de benceno, que se ha considerado en profundidad por Douglas (“Conceptual
Design of Chemical Proceses, McGraw-Hill, 1998). Algunos valores de los parámetros que
se usaránson ligeramente diferentes a los de Douglas.
3.1. PAQUETE FLUIDO:
3.1.1 COMPONENTES:
3.1.2 ECUACIÓN:
3.1.3 REACCIONES
3.1.3.1. Tipo:

Tolueno, Hidrógeno, Benceno, Metano y Difenilo.
Lee Kesler Pocker
Cinético
1

3.1.3.2. Estequiometría: Tolueno + H2
Benceno

Benceno + Metano
Difenilo + H2

Para introducir las dos reacciones se va a la pestaña Rxns, luego se le da clic a lacasilla
Simulación Basis Mgr y luego en Add Comps y en add this groups of components, se cierra
la ventana y se pulsa Add Rxn, se escoge el tipo de reacción y se pulsa Add Reaction, se
despliega la ventana y se escogen todos los componentes, colocando los coeficientes
estequiometricos de la siguiente manera productos (+) y reactivos (-).
Se observa en el Balance que el calor de reacción a 25°C esde -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 es Vapor y las unidades bases son psia
para la presión y lbmol/pie3 h para la velocidad de reacción.
3.1.3.4. Parámetros CinéticosLos parámetros cinéticos son los de las expresiones cinéticas dadas en Luyben etal.
(“Plantwide Process Control”, McGraw-Hill). Sin embargo, cuando se usan estas
expresiones cinéticas se obtienen conversiones del 100% para el tolueno.
Se tomo un enfoque empírico, el factor preexponencial de ambas reacciones se modificó
hasta que los flujos molares de benceno y difenilo que salen del reactorfueran similares a
los dados por Douglas. Las ecuaciones usadas en la simulación son:

⎛ 90800 ⎞
R1 = 3.68 ⋅ 10 6 × exp⎜ ⎟ PT PH 2
⎝ RT ⎠
⎛ 90800 ⎞ 2
⎛ 90800 ⎞
5
R2 = 9 ⋅ 10 4 × exp⎜ ⎟ PB - 2.553 ⋅ 10 × exp⎜ ⎟ PD PH 2
⎝ RT ⎠
⎝ RT ⎠
Donde las velocidades de reacción tienen unidades de lbmol/h-pie3 las concentraciones
están en lbmol/pie3 la energía de activación está en BTU/lbmol y la...