Simulación de La Oxidación Catalítica Del Propileno en Un Reactor Pbr
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8/20/2019 Simulación de La Oxidación Catalítica Del Propileno en Un Reactor Pbr
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
SIMULACIÓN DE LA OXIDACIÓN CATALÍTICA DELPROPILENO EN UN REACTOR PBR.
a oxidación cataltica d! "#o"il!no "a#a o$t!n!# CO% & '%O (! )a ll!)a# a
ca$o i(ot*#+ica+!nt! !n ,n #!acto# d! l!c-o !+"acado. La )!locidad +ola#d! ali+!ntación d!l O% !n !l ai#! !( )!c!( la cantidad #!/,!#ida
!(t!/,io+*t#ica+!nt! "a#a la oxidación co+"l!ta d!l "#o"il!no. El 0a( d!!nt#ada al #!acto# (! #!alia a 12 at+ & con ,n 3,4o )ol,+*t#ico d! 5+6-. !l
di7+!t#o d!l "!ll!t( d!l cataliado# !( d! 5∗10−3
m & (, d!n(idad !( d! .8
06c+.
LLa l!& d! )!locidad "a#a !(ta #!acción !(9
−r ' a= K ∗ka∗ P a1+ka∗ Pa
molde aquereaccionó
s∗gcatalizador
K =3.29∗exp (−19000 /( R∗T )) mol
s∗gcat .
ka=1.2∗10−4 exp(15000 R∗T )bar−1
R=1.987 cal
mol∗k
T :kelvin
Pa#a !l #an0o d! condicion!( !(t,diada( d!t!#+ina# la lon0it,d d! ,na t,$!#ac*d,la :2 d! % ",l0ada( d! di7+!t#o !+"acado con !(t! cataliado#; D!("#!ciando la cada d! "#!(ión
DATOS DE ENTRADA:
T!+"!#at,#a d! !nt#ada9 T =310+273=583 K
P#!(ión d! !nt#ada9 P0=10atm
l,4o )ol,+*t#ico d! !nt#ada9 V 0=6m3/h=6000 L /3600 s=1.6667 L /s
Di7+!t#o d! "a#tc,la d!l cataliado#9 D=5∗10−3
m=0.5cm
Modelamiento y simulación de procesos
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D!n(idad d!l cataliado#9 ! cat =3.35g /cm3
E("acio )aco9 ∅=30
REACCIÓN:
" 3 #
6+9
2$
2%3"$
2+3 #
2$
a+9
2b%3c+3d
Lla+a#!+o(9
Proileno=a&$igeno=b & Dióido de carbono=c& (gua=d & )itrógeno=e
BALANCE MOLAR:
Ec,ación 0!n!#al d!l $alanc! +ola#9
*ntrada−+alida+,eneración= (cumulación
-a0− -a+r ' a∗=0
d-a
d =r ' a
'ac!+o( ,n a#ticio9
-a= -a0∗(1− ) %d-a=− -a0∗d
d
d=
−r ' a -a0
Co!ci!nt!( & )!locidad d! 3,4o +ola# d! la !("!ci! 49
E("!ci
!
Co!
. T-!ta4 l,4o( inicial!( l,4o +ola#
a 1 -a0 / -a0 -a0 -a= -a0∗(thet aa−coe / a
$ :.8 -b0 / -a0 -b0=4.5∗3∗ -a0 -b= -a0∗( thet ab−coe/ b
c -c0/ -a0 -c0= -a0∗0=0 -c= -a0∗(thet ac +coe/ c∗
d -d0/ -a0 -d0= -a0∗0=0 -d= -a0∗(thet ad +coe/ d
! -e0/ -a0 -e0= -b0∗79/21 -e= -a0∗(thet ae )
l,4o total
-t 0= -a0+ -b0+ -c0+ -d 0+ -e0 -t = -a+ -b+ -c+ -d+ -e
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CINÉTICA:
−r' a=
K ∗ka∗ P a∗1.01325
1+ka∗ Pa∗1.01325
mol de a que reaccionó
s∗g catalizador
K =3.29∗exp (−19000 /( R∗T )) mols∗gcat .
ka=1.2∗10−4 exp(15000 R∗T )bar−1
R=1.987 cal
mol∗k 0 T :kelvin
ESTEQUIOMETRIA:
Conc!nt#ación !n a(! 0a( co+o ,na ,nción d! la con)!#(ión9
" 1="a0∗(thet a 1+v1∗ )
1+e∗ ( P
P0 )∗(T 0
T ) mol L 0
+istema isot2rmico:T 0=T
3a0= -a0
-t 0
e= 3a0∗lambda
lambda=coe/ d+coe/ c−coe/ a−coe / b
Pa#a ,n 0a( id!al9
Pa="a∗ R∗T (mol
L )( L∗atmmol∗k ) (
K )
S! d!("#!cia la cada d! "#!(ión9 P= P0
" a="a0∗(thet aa−coe / a∗ )
1+e∗ mol/ L
'alla+o( Ca29
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"a0= 3a0∗ P0
R∗T 0
atm
( L∗atmmol∗k ) ( K )
-a0="a0∗V 0(mol L )(
Ls )
Nota: Co+o 3a0 !( la #acción +ola# d! a "#!(!nt! inicial+!nt!; !(t! )alo#
ta+$i*n (! d!$! in0#!(a# co+o dato d! !nt#ada; &a /,! !( con(tant!9
3a0= -a0
-t 0=
-a0
-a0+ -b0+ -c0+ -d 0+ -e0=
-a0
-a0+coe/ b∗3∗ -a0+0+0+coe/ 3∗3∗ -a 0∗7921
=1+4.5∗
E(t! dato no( indica /,! !l 3,4o inicial ti!n! !" # $ol%$ol &'()o(il'no! *+o) ,u- un (o)c'nta.' tan (',u'/o0 +a)a '1ita) unao2i&ación '2(lo3i1a! El ()o(il'no 4o)$a una $'5cla '2(lo3i1a con'l ai)' cuan&o la conc'nt)ación '3ta 'nt)' 6! 7 !8 9# 1ol! at'$(')atu)a3 'l'1a&a3!
LONGITUD DEL REACTOR +BR:
En !l ca(o d! #!acto#!( t,$,la#!( !+"acado(; no( int!#!(a +7( 'l ('3o &'l
catali5a&o) ,u' la &i3tancia z a lo la);o &'l )'acto). El "!(o d!l
cataliado# -a(ta ,na di(tancia z a lo la#0o d!l #!acto# !(9
4 = (1−∅ )∗ (c∗ z∗ ! cat .
P!(o d!l cataliado#9 4 &g
Di7+!t#o d!l #!acto# t,$,la#9 D=2 ulgadas=5.08cm
F#!a d! la (!cción t#an()!#(al9 (c= D2∗5 /4c m
2
Con la (i0,i!nt! o#+,la -alla+o( 9
4
(1−∅ )∗ (c∗ ! cat .= z
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R'3(u'3ta: =0.8005 04 =21700g0 z=456.8 cm
$> Con(id!#ando la cada d! "#!(ión9
SE CONSIDERA LA CA
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80= ,∗(1−∅)
!0∗gc∗ D∗∅3 (150∗(1−∅)∗ 9
D +1.75∗,)
7 = 2 8 0
(1−∅ )∗ (c∗ ! cat . P0
DATOS +ARA EL GAS DE ENTRADA: co+o !l 0a( d! !nt#ada !(t7 co+",!(to"o# H?.?8= d! ai#! & 1.18= d! "#o"il!no (! l!! la( con(tant!( d!l ai#! "o# (!#!l co+"on!nt! /,! !(t7 !n +a&o# "#o"o#ción.
D!n(idad d!l 0a(9 !0=0.594 kg
m3=5.94∗10
−4 g
c m3
Ji(co(idad d!l 0a( /,! "a(a "o# !l l!c-o9 9=2.962∗10−5 kg
m∗s=2.962∗10−4
g
cm∗s
acto# d! con)!#(ión9 gc=1 g∗cm
dina∗s2
l,4o +7(ico9 ,= ḿ (c
g
c m2s
,=
´ma+ ḿb+
´mc+ ´md + ḿe (c
´ma= -a0∗ P: (a )(mols )(
g
mol )0 P: (" 3 # 6 )=42 g
mol
´mb= -b0∗ P: (b )(mols )(
g
mol )0 P: ($ 2 )=32 g
mol
´me= -e0∗ P: (e )
(
mol
s
)(
g
mol
)0 P: ( ) 2 )=28
g
mol
R'3(u'3ta: '=0.2157 0.=5800 g0 z=122.1cm
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La ln!a #o(ada !( la con)!#(ión & la ln!a a+a#illa !( la cada d! "#!(ión
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Lin!a +o#ada 9l,4o d! $
Ln!a a+a#illa9 3,4o d! a
Ln!a #o4a9 3,4o d! c & d.
OBSERVACIONES:
*Có$o au$'nta) la con1')3ión &'l ()o(il'no 'n un )'acto) +BR0
Una o#+a !( au$'ntan&o la &'n3i&a& &'l catali5a&o) !n con(!c,!ncia;di(+in,&! ala & la lon0it,d d!l #!acto# "o# lo tanto la cada d! "#!(ión !( +!no#.E(to i+"lica /,! la #!acción a,n ",!d! (!0,i# -a(ta alcana# ,na "#!(ión d!(alida "o# !nci+a d! 1 at+. En la #!alidad no alcana#a "#!(ion!( n!0ati)a( !n,n REACTOR PBR. A0#!0ando +7( cataliado# (! alcana#a ,na +a&o#con)!#(ión; incl,(o con la +i(+a lon0it,d d!l #!acto# /,! c,ando (! t!na lad!n(idad inicial d!l cataliado#.
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C,ando la d!n(idad d!l cataliado# !( 8 06c+ (! ",!d! alcana# ,na con)!#(iónd!l 2= con ?222 0 d! cataliado# & !n ,n #!acto# d! 12 c+ d! lon0it,d +!no#.
*Qu- 3uc'&' 3i &i3$inui$o3 'l &i=$'t)o &'l )'acto) &' "!>? c$ a @ c$0La "#!(ión di(+in,&! #7"ida+!nt! li+itando !l "a(o d!l 3,ido. S! o$ti!n! ,na0#7ca (i+ila# (i a,+!nta+o( !l 3,4o )ol,+*t#ico. E(to (! d!$! a la +a&o#"!#dida d! !n!#0a "o# #icción.
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*Qu- 3uc'&' 3i au$'nta$o3 'l &i=$'t)o &' la3 (a)tcula3 'n 'l l'co &'>!"c$ a >!8 c$0
El 7#!a d! #icción di(+in,&! & "o# lo tanto la cada d! "#!(ión ta+$i*n. C,ando
(! a,+!nta !l !("acio )aco; ta+$i*n di(+in,&! la cada d! "#!(ión.
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E3ta '3 una 3ituación (a)a alcan5a) una $a7o) con1')3ión! Po# lo tanto (!",!d! coloca# ?>>> ; &' catali5a&o) con lo cual 3' alcan5a)a unacon1')3ión &'l 6!8# &' ()o(il'no !n ,n #!acto# PBR d! lon0it,d d! ?!@c$!
CONCLUSIONES:• Pa#a 'l &i3'/o &' un )'acto) tuula) cataltico a7 ,u' t'n') 'n
cu'nta la ca&a &' ()'3ión. Si d!("#!cia+o( la cada d! "#!(ión (!",!d! alcana# ,na con)!#(ión d!l ?2= d!l "#o"il!no !n ,n #!acto# PBR loc,al !( inco##!cto. Si to+a+o( !n c,!nta la cada d! "#!(ión (! ",!d!alcana# (ola+!nt! ,na con)!#(ión d!l %2= d!l "#o"il!no !n ,n #!acto#PBR & (, lon0it,d ",!d! (!# )!c!( +!no#.
Pa#a inc)'$'nta) la ()o&ucción (olo -ac! alta a0#!0a# $=3 uni&a&'3'n (a)al'lo!
• El #!(,ltado tan 0#and! d!l coci!nt! d! 7#!a (,"!#cial !nt#! !l )ol,+!n
#!d,c! o incl,(i)! !li+ina la #!(i(t!ncia a lat#an(!#!ncia d! +a(a o calo#.• La conc!nt#ación d! la( !("!ci!( #!accionant!( !( "#o"o#cional a la
"#!(ión 0lo$al.• A +!dida /,! la ca&a &' ()'3ión !( +a&o# "o# la( "*#dida( "o# #icción
la conc!nt#ación d! a (! #!d,c! & !n con(!c,!ncia; la )!locidad d!
#!acción ta+$i*n.• S! )! /,! la cada d! "#!(ión lo0#a li$ita) 'l (a3o &'l Fu.o 7 (o) lo
tanto la con1')3ión. Pa#a +a&o# !xactit,d d! lo( dato( (! d!$! con(id!#a# ,na !c,ación d!
!(tado co+o la d! Soave Redlich Kwong (SRK) /,! conti!n!"a#7+!t#o( a4,(ta$l!( /,! d!"!nd!n d! la "#!(ión & t!+"!#at,#a c#itica;
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0!o+!t#a +ol!c,la# & "ola#idad. Ot#a +an!#a "#7ctica !( ,tilia# laEcuación de estado del factor de compresibilidad. Pero un gas a presiones bajas (!" atm) # temperaturas altas ($%&') se puede considerar como gas ideal como en este ejercicio.
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