Reactor
El reactor utilizado es un reactor de tipo tubular con flujo pistón. La reacción tiene lugar en presencia de un catalizador de Niquel-Cobalto-Molibdeno, situado en un lecho fijo en el interior del reactor, y a temperaturas en torno a los 600-700ºC. La reacción es fuertemente exotérmica por lo que se debe disponer de un sistema de enfriamiento ya que a temperaturas superiores a los 732ºC se produce la inactivación del catalizador. Además las altas temperaturas provocan el aumento de las reacciones parásitas como la de formación de difenilo.
La corriente de alimentación se precalienta en el horno hasta los 600ºC y se introduce al reactor, este tiene inyecciones laterales de una corriente de reciclo, fría y con menor presencia de hidrógeno, que sirve para controlar la temperatura dentro de los límites admisibles.
Las principales reacciones que tienen lugar son:
y
la ecuación de la cinética para la reacción principal está calculada en laboratorio para el rango de temperaturas de 600-900ºC y de presiones de 1-250 atm. La ecuación es:
Para la reacción de formación de difenilo no disponemos de la ecuación cinética, para calcular la selectividad de la reacción hemos empleado un modelo de regresión polinomial en función de la conversión del tolueno. La ecuación de la línea de regresión es:
donde S es la selectividad y x la conversión del tolueno.
Condiciones de operación
La representación gráfica del calor de reacción de la reacción principal y de las reacciones colaterales frente a la temperatura (bibliografía) nos muestra que es necesaria unaa temperatura de operación por encima de 430ºC para pevenir la hidrogenación de benceno y tolueno. Al operar a temperaturas superiores a esta se produce un descenso de la constante cinética de la reacción principal, sin embargo su valor es tal que sigue siendo interesante operar a las temperaturas máximas admisibles.
Dado que la reacción es exotérmica, a medida que aumenta la conversión se produce un incremento de la temperatura y se acelera la reacción. Es necesario vigilar que la temperatura del reactor no supere en ningún caso los 732ºC.
La conversión en nuestra planta va a estar en torno al 75% del tolueno con una selectividad del 97%. Una conversión mayor implica un descenso de la selectividad que es contraproducente pues supone unas menor recuperación de benceno.
La presión de operación es de 40 bares produciéndose una pérdida de carga en el reactor de 3 bares.
Balance del reactor
Para simular el reactor en Aspen hemos de recurrir a un truco que nos permita simular ambas reacciones, ya que no hay ningún modelo que trabaje con una ecuación cinética y una ecuación de regresión en un único bloque. Lo que hemos tenido que hacer es dividir el reactor en dos, uno de flujo pistón donde se verifica la reacción principal y un segundo de tipo estequiométrico donde se produce la reacción del difenilo. Los dos reactores en serie producen el mismo resultado que se da en la realidad.
El diagrama es el diguiente:
y el balance, con el modelo de estado Uniquac-Redlich-Kwong, es:
| Corriente |
1 |
2 |
3 |
| Caudal (kmol/hr) |
|
|
|
| HID |
1517,164 |
1408,829 |
1410,329 |
| MET |
1171,379 |
1279,714 |
1279,714 |
| BEN |
19,18695 |
127,522 |
124,522 |
| TOL |
144,9639 |
36,62881 |
36,62881 |
| DIF |
0,6625223 |
0,6625223 |
2,162522 |
| Flujo Total (kmol/hr) |
2853,356 |
2853,356 |
2853,356 |
| Temperatura (ºC) |
648,85 |
681,0064 |
681,2906 |
| Presión (bar) |
41,7 |
37,7 |
37,7 |
| Fracción de Vapor |
1 |
1 |
1 |
| Fracción de Líquido |
0 |
0 |
0 |
| Entalpía (kcal/mol) |
0,6225008 |
0,6225008 |
0,629907 |
| Densidad (kg/m3) |
6,942132 |
6,073307 |
6,071462 |
Última actualización 20/11/99
Por Pablo Díaz López
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