Producción De Estireno A Partir Del Tolueno Y Metanol -- Nuevo Proceso

Producción de Estireno a partir del Tolueno y Metanol -- Nuevo Proceso

Del diagrama de operaciones mostrado, como se observa las líneas de dirección del avance de las operaciones están numeradas luego comenzaremos a realizar el balance de materia a partir de la líneas que alimenta al reactor ( línea VI ).

Tomaremos como base 1 mol de tolueno alimentado al reactor y a partir de aquí haremos el balance en función de la mol de tolueno alimentado tratando de cumplir con las condiciones dadas, y por ultimo tomaremos en cuenta los requerimientos de producción para determinar la cantidad real de las corrientes mostradas.

En la corriente VI:

Como el alimento al reactor se realiza en relación estequiometrica entonces también tendremos una mol de Metanol, de los datos para la operación del Reactor , si graficamos la Conversión vs la temperatura y además también el rendimiento vs Temperatura, obtendremos el valor mas aceptable de trabajo es decir el optimo, la gráfica dada nos muestra que esto ocurre cuando tanto el valor de la conversión como el valor del Rendimiento sea igual a 0.77 a los cuales les corresponde un valor de temperatura de 512.5 ºc.

En el reactor ocurre las siguientes reacciones :

C6H5 (CH3 ) + CH3 (OH) ==== C6H5 (CH=CH2 ) + H2 O + H2 ……..I

C6H5 (CH3 ) + CH3 (OH) ==== C6H5 (C2 H5 ) + H2 O ………………II

Entonces de los datos que se obtuvieron de la conversión y del rendimiento tendremos :

Conversión = Moles del tolueno reaccionado / Moles del tolueno alimentado.

Sea no = moles iniciales de Tolueno = 1Mol. , nf = moles finales de Tolueno.

Conversión = (no - nf) / no . Entonces nf = no - Conv.* no

Remplazando tenemos nf = 1-0.77*1 = 0.23 .

De manera análoga aprovechamos el dato del rendimiento :

Rendimiento = Moles del Estireno formado / Moles de tolueno reaccionado.

Sea no = moles iniciales de Tolueno = 1Mol. , nf = moles finales de Tolueno.

Sea ntestireno formado = nesti .

Rendimiento = n estireno / (no - nf) . Entonces nesti = Ren.(no - nf )

Remplazando tenemos nesti = 0.77*(1-0.23) = 0.5929.

Por lo tanto a la salida del reactor tendremos :

C6H5 (CH3 ) = 0.23

CH3 (OH) = 0.23

C6H5 (C2 H5 ) = 0.1771

C6H5 (CH=CH2 ) = 0.5929

H2 O = 0.764

H2 = 0.5929.

Tomando a lo encerrado con un circulo ( a la salida del sistema ),donde aparecen corrientes de entrada y de salida.

Tomando la corriente 16 :

de los requerimientos de producción teniendo en cuente el numero de horas trabajado según los datos dados, calculamos primeramente el flujo luego de esto determinamos el factor por el que hay que multiplicar a los valores del balance respecto a 1 mol de tolueno alimentado al reactor.

Calculo del flujo Salida = 300,000 Tm /año / 8320 hrs/año = 36057.69 Kg/h

para el Etil benc. = 300 ppm en esta corriente.

N(estireno) = 36057.69 Kg/hr N(etil benceno) = 10.817

en moles tendremos:

n(est.) = 346.605 Kmol/hr. n(etil ben.) = 0.1020 Kmol/hr.

Calculo del factor, n(real) = Fac.*n(en bace 1 mol de tolueno alimentado al reactor)

de los valores dados remplazándolos tendremos Fac.= 584.590 Kmol de tolueno alim. / hr.

Haciendo el balance para la corriente 17 en la cual sale aproximadamente etil benceno

In (11) - Out(16) = 0.1771 *Fac. - 0.1020 = 103.43 Kmol/hr.

En la corriente 18:

Tomando en cuenta los datos de distribución del metanol en la fase acuosa y en la fase orgánica donde K = 1.4.

K = 1.4.

1.4 = fracción molar (fase orgánica) / fracción molar (fase acuosa)

sea x los moles de metanol que se encuentran presente en la fase orgánica entonces 0.23-x será la cantidad de metanol que se encontraran en la fase acuosa.

K = [ x / (0.23+x+0.5429+0.1771)] / [(0.23-x) /(0.764+0.23-x)]

Donde encontramos x = 0.151.

CALCULO DE LA TEMPERATURA DE SALIDA DEL REACTOR

Cálculos previos :

• Calculo de la entalpia de reacción a la Temperatura T1 de referencia

si tomamos como patrón de referencia una mol de tolueno en el alimento y teniendo en cuenta que la temperatura de entrada al reactor se calculo anteriormente asumiendo el punto de intersección de las curvas de conversión y rendimiento vs temperatura. Esta temperatura de entrada será la temperatura de referencia : T = 512.5 ºc .

además en las reacciones que se mostraron se tiene que los valores de las composiciones de los productos por mol de tolueno que entra al reactor son:

C6H5 (CH3 ) +CH3 (OH) = C6H5 (CH=CH2 ) + H2 O + H2 ……H1 25ºc = 13.57 Kcal/mol

0.5929 0.5929 0.5929

C6H5 (CH3 ) + CH3 (OH ) = C6H5 (C2 H5 ) + H2 O ……H2 25ºc =-14.53Kcal/mol

0.1771 0.1771

De donde tendremos que H rx25ºc = n1*H1 25ºc + n2*H2 25ºc

H rx25ºc = 5.47239 Kcal.

Calculo de Q1(molar), como el alimento es en forma estequiometrica ,y tomamos referencia una mol de tolueno alimentado.

-dQ = n*Cp*dT n1=n2=1 mol

Q1 = 25T1 n*Cp*dT …………………………I

Calculo de Q2(molar), como se tiene las composiciones de las sustancias que salen

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