Ingeniería computacional Taller 3

Taller 3

1. Se lleva a cabo la reacción de ethylene (E) con Benzene (B) para formar el producto deseado ethylbenzene (EB). Ocurren reacciones consecutivas que producen el producto indeseado diethylbenzene (DEB). Adicionalmente, una tercera reacción ocurre combinando benzene  y ethylbenzene:

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La reacción ocurre en fase liquida y se asume que es irreversible. Las velocidades de reacción de las tres reacciones son:

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Las unidades de  son . Las unidades de concentración son . Energía de activación en . Temperatura en grados Kelvin. Use el método termodinámico Chao-seader.[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

Hay dos alimentos al reactor:  de ethylene puro y  de Benzene a una presión de  y temperatura de . El volumen del reactor es de 100 cum. El exceso de Benzene es usado para mantener la concentración de ethylene baja y suprimir la formación de DEB.[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

Las dos corrientes de entrada al reactor tienen válvulas; la presión de salida de estas válvulas es de . La temperatura del reactor es  y la presión . La corriente de salida del reactor tiene una bomba y una válvula. La bomba incrementa la presión  y la válvula tiene una caída de presión de . Calcule las concentraciones de los reactivos y productos a las condiciones anteriormente descritas, así como variables termodinámicas de la corriente de salida.  Varié la temperatura del reactor entre 400 a 500 K cada 10 grados y grafique como el calor de la reacción cambia con la temperatura de la reacción. Analice los resultados. [pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

1. Lleve a cabo las reacciones del primer punto del taller en un reactor batch. Use el equipo RBatch de la librería de reactores de Aspen Plus. La reacción se llevará a cabo de la siguiente forma: se carga al reactor 100 de Benceno puro a 300 y presión de  antes de empezar la reacción.  Mientras ocurre la reacción, al reactor ingresa un alimento continuo de  de etileno puro a 296 y presión de . La estrategia de reacción consiste en iniciar la reacción a 300, subir la temperatura a 400 en 10 , subir la temperatura a 430 a los 20  de reacción y permanecer en esta temperatura el resto de los 120  de la reacción. La presión del reactor es . El criterio de parada de la reacción es el tiempo, la reacción dura 2 (7200). Grafique los perfiles de composición contra tiempo y temperatura contra tiempo.  Compare los resultados obtenidos usando un fluido de enfriamiento con temperatura de , coeficiente de transferencia de calor de , y área de transferencia de calor de .[pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27][pic 28][pic 29][pic 30][pic 31][pic 32][pic 33][pic 34][pic 35][pic 36][pic 37]

1. Se puede simular varias configuraciones de un reactor tubular usando Aspen Plus: reactor a temperatura constante, reactor adiabático, reactor con temperatura de fluido de enfriamiento constante, reactor con fluido de enfriamiento en contracorriente, y reactor con fluido de enfriamiento en co-corriente. Se llevara a cabo dos reacciones irreversibles y exotérmicas en fase vapor: la cloración (chlorine) de propileno (propylene).    

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La primera reacción produce allyl-chloride y hydrogen-chloride con una velocidad de reacción  . La segunda reacción produce 1,2-dichloropropane con una velocidad de reacción  .[pic 40][pic 41][pic 42][pic 43]

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Donde las presiones parciales están en pascales y las energías de activación en  Realice los siguientes diseños usando Aspen Plus:[pic 46][pic 47]

1. Un reactor tubular adiabático con diámetro de 1 y longitud de 10 se llevan a cabo las dos reacciones químicas descritas arriba a una presión de 3 . El alimento al reactor es de  a  con  de chlorine y   propylene.[pic 48][pic 49][pic 50][pic 51][pic 52][pic 53][pic 54]
2. Un reactor tubular enfriado con fluido de enfriamiento a temperatura constante. El coeficiente de transferencia de calor es, , y la temperatura del fluido de enfriamiento es, . El número de tubos es 250, la longitud , y su diámetro .[pic 55][pic 56][pic 57][pic 58]
3. Un reactor tubular enfriado con un fluido de enfriamiento en co-corriente y en contracorriente.  El flujo y temperatura del fluido de enfriamiento que entra al reactor a la salida del procesos es agua con una presión de 30 , flujo de  y . El flujo y temperatura del fluido de enfriamiento saliendo del reactor al final del proceso es  y .[pic 59][pic 60][pic 61][pic 62][pic 63]

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1. Teniendo en cuenta la siguiente información, para un reactor CSTR donde ocurre una reacción irreversible con un solo reactivo : calcule a una temperatura  de la corriente de los productos de y conversión 0.8, el volumen del reactor , el diámetro del reactor , el área de transferencia de calor , el calor transferido a la chaqueta , la temperatura de salida del fluido de enfriamiento , y el flujo del fluido de enfriamiento . Analice los resultados.[pic 66][pic 67][pic 68][pic 69][pic 70][pic 71][pic 72][pic 73][pic 74]

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