Simulación de La Oxidación Catalítica Del Propileno en Un Reactor Pbr

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


2/12%


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



3/12


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



4/12:


"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



5/128


R'3(u'3ta: =0.8005 04 =21700g0 z=456.8 cm

$> Con(id!#ando la cada d! "#!(ión9

SE CONSIDERA LA CA


6/125


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



7/12K


La ln!a #o(ada !( la con)!#(ión & la ln!a a+a#illa !( la cada d! "#!(ión



8/12?


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#.



9/12H


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.



10/1212


*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.



11/1211


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;



12/12


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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