evaluacion del shell 105

7/28/2019 Evaluacion Del Shell 105

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EVALUACIN DEL CATALIZADOR SHELL 105Castro Hoyos Manuel Ignacio1, Loaiza Fernndez Shirly Paola1.

Colina Mrquez Jos Angel2.Programa Ingeniera Qumica3.

1Estudiantes De VIII Semestre.2Profesor De Procesos Catalticos.

3Programa de la Facultad de Ingeniera, Universidad de Cartagena.

INTRODUCCIN

Los procesos catalticos en la industria son un pilar esencial para la obtencin de unproducto de una manera ms rpida y reduciendo los gastos energticos requeridos parala obtencin de productos.

La deshidrogenacin de etilbenceno para la produccin de estireno es uno de losprocesos industriales ms realizados, puesto que este proceso provee el reactivo

necesario para la produccin de productos plsticos a base de poliestierno, ya que estepresenta buenas propiedades fsicas que son apetecibles por la comunidad, se estimaque el 65% de la produccin mundial de estireno, es dirigido para el propsito antes dicho.

La reaccin para la deshidrogenacin del etilbenceno es reversible y endotrmica

)

) la cual se lleva a cabo a temperaturas entre 600 C y 650 C (a

620 C) que toma lugar en fase gaseosa. Como se puede ver en la reaccin (1), de unmol de etilbenceno sales 2 moles de producto (estireno e hidrogeno), y como sabemosque la reaccin se da en fase gaseosa, para poder llevar la reaccin hacia adelante sedeben lograr bajas presiones lo que favorece la produccin de estireno e hidrogeno.

Existen varios mtodos para la produccin de estireno a partir de etilbenceno, pero uno delos ms usados es el mtodo cataltico, pues permite que el proceso sea ms rpido yque aumente la selectividad de la reaccin.

El Shell 105 es uno de los catalizadores ms usados en la industria para producirestireno. La composicin de este se ve reflejada en la siguiente tabla:

Tomado de Handbook of Industrial Catalysts de Lawrie Lloyd

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Pero este ha sido modificado, cambiando muchas veces el hidrxido de potasio porcarbonato de potasio, y llegando a una composicin comercial de , y .

Mecanismo de reaccin

Aqu podemos ver la reaccin para producir estireno en presencia del catalizador:

)

Etil-benceno Estireno Hidrogeno

Pero tambin se presentan reacciones favorecidas por la temperatura, que compiten,como lo es la deshidrogenacion para la formacin de carbono y algunos procesos decraking.

) )

)

Por estas reacciones en paralelo que se presentan, es que se requiere que la selectividaddel catalizador sea alta. Usualmente la selectividad de los catalizadores son del 92%, peroesta es inversamente proporcional a la conversin, por lo que no se busca que sea demayor selectividad4.

El catalizador usado, Shell-105, interacta con los hidrgenos del etil para luego formarel grupo alquilo etenil, caracterstico del estireno:

[Propuesta ilustrando el complejo del etil-benceno y el modo en el que la deshidrogenacin involucra la

migracin de 2 H.] Obtenido de Metal-catalysis in Industrial Organic Processes,editado por

Gian Paolo Chiusoli y Peter M Maitlis

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Variable respuesta

La variable respuesta ms estudiada al analizar un catalizador es la selectividadpresentada por el catalizador para favorecer al producto deseado, que en este caso es elestireno y la conversin de etilbenceno, alcanzada por las condiciones presentadas.

Las variables a modificar para la evaluacin del catalizador sern:

La temperatura Concentracin de los componentes del catalizador (interesando ms el de hierro)

Niveles de las variables

TemperaturaC

610 640

Concentracinde Fe %wt

85,32 90

Los valores tomados para la temperatura fueron tomados segn el intervalo detemperatura de produccin presentada por Chiusoli1. (600 C-650 C)

La variacin en la concentracin de Hierro, en diferentes componentes fue tomado segnel intervalo presentados por Chiusoli1, Gangolf2 y Lloyd3, y donde especifican que secoloca la concentracin de Fe en el siguiente intervalo (80-90). Esta variacin de hierroser estudiada suponiendo que la relacin entre potasio y cromo ser constante.

Diseo del Experimento

Para poder empezar a trabajar con el experimento utilizamos el mtodo de superficierespuesta, el cual utiliza unos puntos centrales y puntos estrellas, utilizando laherramienta estadstica JMP e introduciendo los datos anteriores obtenemos lossiguientes datos (los cuales fueron aleatorizados por la misma herramienta estadstica)

Pruebas Temperatura(C)

Concentracinde Fe % wt

selectividad Conversin

1 625 87,66 0.9 0.3452 640 85,32 0.88 0.373 603,78679656 87,66 0.91 0.384 610 90 0.85 0.39

5 625 90,969259736 0.92 0.46 646,21320344 87,66 0.92 0.37 640 90 0.87 0.358 625 84,350740264 0.9 0.329 625 87,66 0.86 0.310 610 85,32 0.89 0.37

Luego de realizar la experimentacin, se llenan las columnas de selectividad yconversin los cuales son los datos de respuesta a cada prueba. Los datos tomados de

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cada experimentacin son evaluados en el programa JMP, utilizando la aplicacinllamada fit least square donde se modela una ecuacin estadstica para realizar elanlisis de varianza, ANOVA.

Para la variacin de la conversin con respecto a las variables temperatura yconcentracin de hierro tenemos los siguientes datos:

RESPUESTA DE LA CONVERSIN

Fuente devariacin

Grados delibertad

Sumatoria decuadrados

Cuadrado medio F Ratio

Model 5 0,00758137 0,001516 1,4861

Error 4 0,00408113 0,001020 Prob > F

C. Total 9 0,01166250 0,3612

Fuentes de variacin Nparm Gradosde

libertad

Suma decuadrados

F Ratio Prob > F

Temperaura(610,640) 1 1 0,00293137 2,8731 0,1653

concentracion de Fe(85,32,90) 1 1 0,00160000 1,5682 0,2787

Temperaura*concentracion de

Fe

1 1 0,00040000 0,3920 0,5652

Temperaura*Temperaura 1 1 0,00086429 0,8471 0,4095

concentracion de

Fe*concentracion de Fe

1 1 0,00257857 2,5273 0,1871

La solucion de estos datos da un valor minimo a 634,54815 C y 87,276895 %wt, y el valorprevisto por la solucin () es 0,3152499

El reciproco del valor es igual a 3,17, por lo que podemos decir que los resultadosde la muestra son producto exclusivamente del azar y que ocurri algo que soloocurre 1 de cada 3 veces, y el intervalo de confianza para lo ocurrido es de (1- )0,684.

A continuacin se muestra la superficie presentada por la respuesta conversin.

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Para la variacin de la selectividad con respecto a las variables temperatura yconcentracin de hierro tenemos los siguientes datos:

Fuente devariacin

Grados delibertad

Sumatoria decuadrados

Cuadrado medio F Ratio

Model 5 0,00063180 0,000126 0,1060

Error 4 0,00476820 0,001192 Prob > F

C. Total 9 0,00540000 0,9850

Fuentes de variacin Nparm Grados

delibertad

Suma de

cuadrados

F Ratio Prob > F

Temperaura(610,640) 1 1 0,00007286 0,0611 0,8169

concentracion de Fe(85,32,90) 1 1 0,00005895 0,0494 0,8349

Temperaura*concentracion de

Fe

1 1 0,00022500 0,1888 0,6864

Temperaura*Temperaura 1 1 0,00025714 0,2157 0,6665

concentracion de

Fe*concentracion de Fe

1 1 0,00011429 0,0959 0,7723

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La solucion de estos datos da un valor minimo a 616,91421 C y 89,241222 %wt, y el valorprevisto por la solucin () es 0,8782695.

El reciproco del valor es igual a 1,13, por lo que podemos decir que los resultadosde la muestra son producto exclusivamente del azar y que siempre ocurre, y elintervalo de confianza para lo ocurrido es de (1- ) 0,121.

A continuacin se muestra la superficie presentada por la respuesta selectividad.

BIBLIOGRAFIA

1Chiusoli G., Maitlis P, Metal-catalysis in Industrial Organic Processes, RSC Publishing

2Gangolf H., Kinetics of the dehydrogenation of ethylbenzene over uranium oxidecontaining catalysts, 1974.

3Lloyd L., Handbook of Industrial Catalysts, Springer

4Catalytic Dehydrogenation of Ethylbenzene to Styrene, [Disponible en:http://www.personal.utulsa.edu/~geoffrey-price/Courses/ChE4133/Spring07/LSUPapers/McCaugheyPaper.htm]

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