Diseño de Un Pfr
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DISEÑO DE UN PFR Determine el volumen del PFR necesario para producir 300 millones de libras de etileno al año por desintegración catalítica de una corriente de alimentación de etano puro. La reacción es irreversible y sigue una ley de velocidad elemental. Se desea lograr una conversión del 80% de etano haciendo que el reactor funcione isotérmicamente a 1100K y una presión de 6atm. C 2 H 6 →C 2 H 4 +H 2 SOLUCION: Hacemos: A =C 2 H 6 ,B=C 2 H 4 yC=H 2 . A→B +C El flujo molar del etileno que sale del reactor: F B =300 × 10 6 lb año × 1 año 365 días × 1 día 24 horas × 1 h 3600 s × 1 lbmol 28 lb =0.340 lbmol s ≡ 154.4 mol s Flujo molar de etano que entra al reactor: F B =F A 0 X F A 0 = 0.34lbmol / s 0.8 =0.425 lbmol s ECUACION DE UN PFR: dX dV = −r A F A 0 V =F A 0 ∫ 0 X dX −r A ( 1) LEY DE VELOCIDAD: Elemental. −r A =kC A conk=0.072 s −1 en 1000K ( 2) Siendo la energía de activación: 82kcal/gmol ESTEQUIOMETRIA: Fase gas, T y P constantes.
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DISEÑO DE UN PFRDetermine el volumen del PFR necesario para producir 300 millones de libras de etileno al año por desintegración catalítica de una corriente de alimentación de etano puro. La reacción es irreversible y sigue una ley de velocidad elemental. Se desea lograr una conversión del 80% de etano haciendo que el reactor funcione isotérmicamente a 1100K y una presión de 6atm.
C2H 6→C2H 4+H 2
SOLUCION:
Hacemos: A=C2 H6 ,B=C2H 4 yC=H 2 .
A→B+C
El flujo molar del etileno que sale del reactor:
FB=300×106 lbaño
× 1año365días
× 1día24horas
× 1h3600 s
× 1 lbmol28 lb
=0.340 lbmols
≡154.4 mols
Flujo molar de etano que entra al reactor:
FB=F A0 X
F A0=0.34 lbmol /s
0.8=0.425 lbmol
s
ECUACION DE UN PFR:
dXdV
=−r AF A0
V=F A0∫0
X dX−r A
(1)
LEY DE VELOCIDAD: Elemental.
−r A=k C A conk=0.072 s−1en1000 K (2)
Siendo la energía de activación: 82kcal/gmol
ESTEQUIOMETRIA: Fase gas, T y P constantes.
v=v0
FT
FT 0=v0 (1+εX )(3)
C A=FA
v=F A0(1−X )v0(1+εX )
=CA 0( 1−X1+εX )(4)
CB=CC=C A0(X )(1+εX )
(5)
COMBINANDO ECUACIONES:
V=F A0∫0
X dXk CA 0(1−X )/(1+εX )
=FA 0∫0
X (1+εX )dXk CA 0(1−X )
=FA 0
CA 0∫
0
X (1+εX )dXk (1−X )
Como es una reacción isotérmica:
V=FA 0
kC A 0∫
0
X (1+εX )dX(1−X )
=F A0
kC A0[ (1+ε ) ln 1
1−X−εX ]
0
X
(6)
HALLAMOS LAS CONSTANTES:
C A0= y A 0CT 0=y A 0P0
RT 0=0.00415 lbmol
pies3
ε= y A0δ=(1 ) (1+1−1 )=1
k (T¿¿2)=k (T 1 ) exp[ ER ( 1T 1
− 1T 2 )]¿
¿ 0.072s
exp[ 82000 cal / gmol1.987cal(gmol ∙K ) ( 1
1000− 1
1100 )]¿3.07 s−1
SUSTITUYENDO en la ec. (6):
V= 0.425 lbmol /s(3.07/s )(0.00415 lbmol / pie3) [ (2 ) ln 1
1−X−X ]0
X
Para X= 0.8
V=33.36 pies3[ (2 ) ln 11−0.8
−0.8]❑
❑
V=80.7 pies3
AHORA HALLAMOS DATOS PARA GRAFICAR: CA, CB, CC y X a lo largo del reactor.
X V(pies^3) Ca(lbmol/pies^3)
Cb(lbmol/pies^3)
Cc(lbmol/pies^3)
0 0 4,15E-03 0,00E+00 0,00E+00
0,2 8,21613774 2,77E-03 6,92E-04 6,92E-04
0,4 20,7382856 1,78E-03 1,19E-03 1,19E-03
0,6 41,1189176 1,04E-03 1,56E-03 1,56E-03
0,8 80,6936975 4,61E-04 1,84E-03 1,84E-03
SIMULINK:
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900.00E+00
5.00E-04
1.00E-03
1.50E-03
2.00E-03
2.50E-03
3.00E-03
3.50E-03
4.00E-03
4.50E-03
Perfil de Concentraciones a lo largo de un PFR
CaCbCc
Volumen en pies^3
Conc
entr
acio
n en
lbm
ol/p
ies^
3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Perfil de la Conversión en un PFR
Conversión
Volumen en pies^3
Conv
ersió
n
