UNIDAD III:

CINTICA QUMICA PARA REACCIONES

REVERSIBLES Y COMPLEJAS

Produccin de estireno a partir de tolueno y metanol

Integrantes del equipo:

Selene Aguilar Campos 12560465

Tania Lizet Aguilar Garca 12560269

Rafael Urbina Lemus 12560326

Rolando Martnez Aguilar12560290

Ruth Kelly Bedolla Betancurt 12560580

Nombre del docente:

Ariana Ceballos Huerta.

Turno: Matutino

Fecha de entrega: 11/05/2015

Instituto Tecnolgico de Lzaro Crdenas

Recibimos sabidura, legaremos desarrollo

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ndice INTRODUCCIN ................................................................................................................................... 3

DESARROLLO ....................................................................................................................................... 4

Proceso ............................................................................................................................................ 4

Datos tcnicos del reactor .............................................................................................................. 5

Datos del diseo. ............................................................................................................................. 6

Mecanismo de Reaccin ................................................................................................................. 7

CONCLUSIN ....................................................................................................................................... 9

FUENTES DE INFORMACIN ................................................................................................................ 9

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INTRODUCCIN

El estireno es una de las sustancias ms importantes como materia prima de polmeros. En

Japn, Produce 1,5 millones de toneladas de estireno por ao, esto es comercialmente

producido por deshidrogenacin del etilbenceno.

El estireno se puede producir a partir de tolueno y metanol, que son materias primas ms

baratas que las que en el proceso convencional. Histricamente, sin embargo, este proceso

ha sufrido de baja selectividad debido a la descomposicin competir de metanol. Exelus

Inc. afirma haber desarrollado este proceso con selectividades comercialmente viables, a

400-425 C y presin atmosfrica, forzando a estos componentes a travs de un catalizador

zeoltico de propiedad. Se ha informado de que se obtiene una mezcla aproximadamente

9:1 de estireno y etilbenceno, con un rendimiento total de estireno de ms de 60%.

Otra ruta para el desarrollo de estireno es a travs de benceno y etano. Este proceso est

siendo desarrollado por Snamprogetti SpA y Dow. Etano, junto con etilbenceno, se

alimenta a un reactor de deshidrogenacin con un catalizador capaz de producir

simultneamente estireno y etileno. El efluente de deshidrogenacin se enfra y se separa y

la corriente de etileno se recicla a la unidad de alquilacin. El proceso intenta superar las

deficiencias anteriores en los intentos anteriores para desarrollar la produccin de estireno a

partir de etano y benceno, tales como la recuperacin ineficiente de los compuestos

aromticos, la produccin de altos niveles de productos pesados y alquitranes, y la

separacin ineficaz de hidrgeno y etano. Desarrollo del proceso est en curso.

Reaccin y cintica de reaccin.

653 + 4 88 + 2 + 2

653 + 4 810 + 2

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DESARROLLO

Proceso

Las corrientes de alimentacin de tolueno y metanol, se presionan, se evaporan y, ambas en

condiciones de vapor saturado a 570Kpa, se mezclan. La corriente resultante se somete a un

sobrecalentamiento en un horno a fuego directo que quema gas natural, para alcanzar la

temperatura de entrada al reactor. Esta corriente se alimenta al reactor en donde ocurren las

siguientes reacciones:

+ + +

+ +

El subproducto etilbenceno puede ser vendido.

Se desprecia la polimerizacin del monmero estireno.

El catalizador no sufre coquizacin o desactivacin con el tiempo.

Se recomienda iniciar la simulacin con el reactor, como un reactor estequiomtrico.

Los reactores estequiomtricos son reactores donde la cintica es desconocida o

pocoimportante pero la estequiometria y extensin son conocidas.

Se recupera calor de la corriente de salida del reactor en intercambios de calor con los

reactivos, como se observa en la figura del proceso, y posteriormente esta corriente se

condesa y enfra a 38 C por medio de agua de enfriamiento.

Se sugiere continuar la representacin del diagrama de flujo con los intercambiadores de

calor, y manipular la temperatura de la corriente de salida del ltimo intercambiador de

calor (la que entra al horno), para lograr el mximo aprovechamiento de calor de la

corriente de salida del reactor.

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Fig. 1 Diagrama representativo del proceso

Datos tcnicos del reactor

Se han obtenido los siguientes datos para estudiar el funcionamiento del reactor adiabtico:

Temperatura de entrada C 480 495 510 525

Presin de entrada, kPa abs. 400 400 400 400

Conversin 0.68 0.71 0.76 0.82

Rendimiento 0.87 0.83 0.78 0.72

Velocidad de reaccin 36 73 130 190

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Conversin = moles de tolueno reaccionados/moles de tolueno alimentados.

Rendimiento = moles de estireno formados/moles de tolueno reaccionados.

Velocidad de reaccin = moles de tolueno reaccionados/m3 de catalizador/minutos.

En la obtencin de los datos experimentales anteriores, ID us solamente alimentacin de

estequimtrica al reactor. Por esta razn, su diseo debera basarse slo en este tipo de

alimentacin.

Se sugiere desarrollar el caso base para una temperatura de entrada al reactor de 510 C.

Calcule la conversin correspondiente a cada una de las dos reacciones (confirme los

valores de conversin fraccional 0.59 y 0.167 para la primera y segunda reaccin,

respectivamente).

Datos del diseo.

La capacidad propuesta para la planta es 300000 toneladas mtricas por ao de

estireno crudo con slo 300 ppm de etilbenceno. Se tomarn 8320 horas de

operacin por ao.

Determine la cantidad de reactivos requerida para la produccin de estireno propuesta

(confirme que se requieren alrededor de 600Kmol/h de metanol)

El agua, etilbenceno y estireno recirculados al reactor estn en concentraciones tan

pequeas que su influencia en la reaccin puede ser ignorada.

La corriente de salida del reactor una vez condensada forma tres fases: rganica,

acuosa y vapor. Las fases acuosas y vapor no entrarn en el anlisis econmico.

En las columnas de destilacin, la temperatura no debe exceder a 145 C en las

corrientes con ms de 50 % en peso de estireno, con el objeto de evitar la

polimerizacin del monmero.

La segunda columna de destilacin requerir ser operada a vaco para cumplir con la

temperatura mxima y las especificaciones.

Las columnas de destilacin sern de platos perforados con un esparcimiento entre

platos de 24 pulgadas.

Especificaciones en las columnas:

Reactivos reciclados: 4% en peso mximo de etilbenceno.

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5% en peso mximo de la suma de etilbenceno y

estireno.

Producto etilbenceno: 0.8% mximo de tolueno.

3% mximo de estireno

Cadas de presin 300 ppm mximo de etilbenceno.

Horno a fuego directo 66 kPa.

Reactor 70kPa.

Intercambiadores de calor 13kPa

(lados de tubo y de coraza) 13 kPa.

Otros equipos principales 1 kPa por etapa terica.

Platos en las columnas 0.6 kPa por etapa terica para columnas a vaco.

Mecanismo de Reaccin

Produccin de estireno a partir de tolueno y metanol

78() + 4() 88() + 2() + 2()

78() + 4() 810() + 2()

Produccin de estireno a partir de etilbenceno

Deshidrogenacin catalitca de etilbenceno

La reaccin principal de la conversin de etilbenceno a estireno e hidrgeno es reversible y

endotrmica (reaccin qumica que absorbe energa conforme se lleva a cabo H>0).

810() 88() + 2()

(600) = 124.9 /

Al tratarse de una reaccin en fase gas, en la que se producen dos moles de producto por un

mol de reactante reaccionado, se opta por bajar la presin para favorecer la marcha de la

reaccin.

Se trata de una reaccin que catalticamente puede alcanzar altos rendimientos, aunque

reacciones de competencia trmica, degradan el etilbenceno a benceno y tambin a carbn.

El estireno tambin reacciona catalticamente a tolueno:

810() 66() + 24()

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= 101.8 /

810() 8() + 52()

= 1.72 /

88() + 22() 78() + 4()

La produccin de carbn mediante estas reacciones secundarias es un gran problema, ya

que se trata de un veneno del catalizador. Con el uso de vapor de agua nos evitamos en gran

parte este problema mediante la reaccin del carbn con el H2O (v) para formar CO2 e H2.

() + 22() 2( ) + 22()

= 99.6 /

El vapor de agua en la deshidrogenacin de etilbenceno tiene tres misiones fundamentales:

Bajar la presin parcial del etilbenceno.

Aportar el calor necesario de reaccin.

Limpiar el catalizador del carbono.

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CONCLUSIN

Es de gran importancia la identificacin de los mecanismos de reaccin en una industria

qumica, nos proporciona una idea general de la manera en que se llevara a cabo un proceso

industrial as como las variables que debern de ser reguladas, eligiendo los equipos

necesarios, as como la presin y temperaturas de los procesos, todo esto con el fin de que

no se generen productos indeseados, generando prdidas considerables para la empresa.

FUENTES DE INFORMACIN

Victor Hugo Martnez. (2000). Simulacin de Procesos, 2010

William L. Luyben. (1996). PROCESS MODELING, SIMULATION, AND CONTROL

FOR CHEMICAL ENGINEERS. 2012