ESCUELA DE INGENIERA QUMICA 5.1El proceso para la fabricacin de benceno se describe a continuacin y se ilustra en la figura 5.11 el proceso completo se describe en el punto 5.2 del proyecto a continuacin, aqu el proceso simplificado. (insdutrias toray, inc y el proceso UOP divisin de 1975 y otanu et al. 1968). El proceso convierte tolueno (avance de 100mol/h) al benceno y xilenos por desproporcin (tambin llamado transalquilacion). La reaccin y conversin por pasada es:

(5.7) Tolueno benceno xilenos

La salida del reactor contiene todos los componentes, se elimina benceno y el tolueno se recicla a continuacin. En el primer divisor, la corriente de benceno contiene 99.5% del benceno alimentado al separador y 0.1% del tolueno y ninguno de ellos xileno. En el segundo divisor, la corriente de reciclo del tolueno contiene todo el benceno, 99.5 % del tolueno y 0.1% alimentado al divisor. Realizar un balance de masa.Cul es la conversin global del tolueno a xileno?

Figura 5.11 proceso del benceno simplificado

5.2 El proceso de presentacin de benceno se ilustra en la figura 5.12 y sirve para hacer el balance de masa. El proceso convierte tolueno (velocidad de alimentacin de 100mol/h) a benceno y xilenos por desproporcin (tambin llamado transalquilacion). Los xilenos tambin se disocian para formar tolueno y trimetilbenceno.

Estas reacciones se producen con un catalizador en presencia de hidrogeno, con una relacin tpica de 7:1 hidrogeno para alimentacin de tolueno al reactor. El hidrogeno tambin reacciona con tolueno para formar benceno con metano o con xilenos para formar benceno con metano el consumo molar del hidrogeno es aproximadamente 10% de tolueno las reacciones y su conversin:

La salida del reactor contiene todos los componentes y el hidrgeno y el tolueno se reciclan, el metano se retira del proceso, y el benceno y xilenos se eliminan del proceso. La presin de vapor de los componentes a 20 son benceno 75 mm Hg, tolueno, xilenos 22, 4.8 a 6.6, 1.1 trimetilbenceno. Un sistema de separacin se utiliza que elimina el hidrgeno y metano primero, y luego separa el benceno, el tolueno, y luego el trimetilbenceno. El hidrgeno y el metano deben separarse un poco (para recuperar el hidrgeno, que se recicla) y el tolueno se recicla. En los separadores, utilizar divisiones de 99.9% de la componente de luz por la parte superior y slo 0,1% del siguiente componente ms pesado. Utilizar divisiones de 100% de la siguiente componente ms pesada. Utilizar divisiones de 100% para los componentes ms ligeros que la tecla luz y 0% para los componentes ms pesados que la pesada llave. Utilizar Buscar objetivo o solucionador para ajustar el hidrgeno constituye de alimentacin para asegurar la cantidad adecuada de hidrgeno que entra en el reactor (necesaria para el catalizador).

5.3 revisar el proceso modelado en el problema 5.2 mediante el uso de fracciones de escisin de 99% y 1% en lugar de 99,9% y 0,1% en todos los separadores. Cmo cambian los flujos totales? Tendra el equipo que ser ms grande? costara ms? el coste de separacin costara menos? responder a estas preguntas cualitativamente ahora, cuando usted acabe sus estudios de ingeniera qumica ,usted ser capaz de responderlas cuantitativamente

5.4 Cloruro de etilo se fabrica en un proceso integrado, vase la figura 5.13. Completar el balance de masa para este proceso. El etano reacciona con el cloro para hacer cloruro de etilo, y el etileno reacciona con cloruro de hidrgeno para formar cloruro de etilo:

(5.12)

El proceso se alimenta con tres corrientes: etano, etileno y cloruro. Las corrientes de alimentacin contienen 100 mol / h de cada uno: etano, etileno y cloruro.

La corriente de etano / etileno tambin contiene 1,0% de dixido de carbono y acetileno. (Por este problema, slo tiene que utilizar el dixido de carbono 1,0%). Las corrientes de alimentacin se mezclan con una corriente de etileno de reciclo y llegaron a la primera reactor (reactor de cloracin) donde el etano reacciona con cloruro de pase con la conversin de 95%. La corriente de producto se enfra y se condensa el cloruro de etilo y se separ. Asume que todo el etano y acetato de cloruro sale en la corriente de condensado. los gases pasan a otro reactor (reactor hidrocloracin) donde tiene lugar la reaccin con etileno con una conversin de 50% por pasada. la corriente de producto se enfra para condensar el cloruro de etilo, y los gases (predominantemente de etileno y cloruro) se reciclan. un impulso o sangrar corriente se quita una fraccin de la corriente de recirculacin (uso 1%)

5.5Proyecto monmero de cloruro de vinilo es la materia prima para hacer el cloruro de polivinilo (PVC), cosa que se produce en grandes cantidades. Cuando se invent el cloruro de vinilo (PVC) se realiz mediante la reaccin de acetileno con cloruro de hidrgeno de un proceso que utiliza materias primas ms baratas de las que se utiliza ahora, y una simplificacin de la misma se da en la figura 5.14. Completar el balance de masa para este proceso.El copolmero de etileno (100 mol / h) un cloruro de (103 mol / h) corriente se alimenta a un reactor de cloracin directa, donde la reaccin:

+ Tiene lugar con la conversin de esencialmente el 100% del reactivo limitante (etileno)

La selectividad de dicloruro de etileno es del 99% con el subproducto principal (y el nico considerado aqu) como 1, 1,2-tricloroetano, formado en la reaccin siguiente:

+

La corriente de etileno y el oxgeno alimentado al reactor de oxicloracin es de 50% de etileno y 100 mol / h total. Se mezcla con una corriente de cloruro de hidrgeno reciclado (que tiene algo de cloruro) y se enva a un reactor de oxicloracin, en donde la reaccin:

+

Tiene lugar con una conversin del 96% para el etileno y dicloruro de etileno selectivos de 95%. Aqu se puede suponer por el producto es todo 1, 1,2 tricloroetano.La salida del reactor de cloracin directa se enva a una torre de destilacin donde los componentes pesados se separan por destilacin. Los componentes ligeros se envan a un horno, donde una reaccin de pirolisis tiene lugar:

La alimentacin al horno debe ser muy puro (99,5% dicloruro de etileno) para lograr una buena agrietamiento. La salida se apaga. El lquido es el producto de cloruro de vinilo y el cloruro de hidrgeno es capor, cosa que se recicla al reactor de oxicloracin. La alimentacin al reactor es oxycloracin100 mol / h de etileno y 50 mol / h de oxgeno. Que la salida se enfra para eliminar el lquido (principalmente agua). Un orificio de ventilacin se utiliza para eliminar gases ligeros. El resto va a una columna destilacin donde el dicloruro de etileno es el componente pesado (y se enva al horno) y los componentes ligeros se reciclan al reactor de oxicloracin.

5.6Modificar problema 5.5 mediante el uso de aire en lugar de oxgeno como alimentacin al reactor de oxicloracin. Hacer un balance de masa del proceso revisado 5.7El etanol sinttico se realiza mediante vapor - fase de hidratacin de etileno como se muestra en la figura 5.15. Hacer un balance de masas de este proceso utilizando Excel: el agua y el etileno se mezclan con una corriente de reciclado y se envan a un reactor donde tiene lugar (5% de conversin de etileno por pase), la reaccin en la ec. (5.21). La alimentacin de etileno es 100 mol / h, y es 97% de etileno, pero tambin contiene acetileno (2,9%) y gases inertes (0,1%).

El acetileno reacciona con el agua, tambin, la formacin de acetaldehdo (50% de conversin de acetileno por pasada):

El efluente del reactor se enfra para eliminar los lquidos (etanol, acetaldehdo, agua) los gases (etileno, acetileno y gases inertes) se reciclan, pero se necesita corriente de purga para eliminar los gases inertes. Asumir divisiones perfectas. Ajustar la fraccin de purgado para mantener la relacin de gas inerte a etileno en la corriente alimentada al reactor a 0,04, y alimentar suficiente agua a etileno en la corriente de 0,6 en el reactor. Separar los lquidos en componentes corrientes relativamente puros, primero la eliminacin de 60% del agua. A continuacin, el acetaldehdo y purificando despus el etanol a etanol 93% mediante la eliminacin de agua. En la separacin de acetaldehdo, eliminar el 99% del acetaldehdo y 1% de etanol y agua. (Pista: este problema tiene dos limitaciones en Excel se puede utilizar Buscar objetivo o solucionador de satisfacer uno de ellos y ajustar la otra variable a ti mismo, seguido de otro uso de meta buscar o solucionador. Repetir este proceso hasta que ambas restricciones son satisfechas) 5.8Considerar un proceso para hacer acetaldehdo por deshidrogenacin de etanol sobre un catalizador de plata (AQUILO y penrod, 1976), como se ilustra en la figura 5.16. La velocidad de alimentacin de etanol es de 350 mol / h. Las siguientes restricciones de diseo deben estar satisfechos 1. Etanol se descompone para formar acetaldehdo e hidrgeno

2. El lmite de equilibrio es una conversin de aproximadamente 35% por pasada, de modo que una corriente de reciclo es necesario.3. Acetaldehdo reacciona para formar un nmero de secundarios - productos, incluyendo acetato de etilo, cido actico, y butanol; slo acetato de etilo se considera aqu:

4. La conversin por paso es de aproximadamente 2% para la reaccin en la ecuacin (5.21).

5. El primer divisor debe separar el efluente del reactor para eliminar el hidrgeno; Se aadieron 150 mol / h de agua. 6. El segundo divisor debe separar el acetaldehdo. 7. El tercer divisor debe eliminar el acetato de etilo y agua y reciclar el etanol.

Hacer un balance de masas con las siguientes separaciones:

1. Noventa y nueve por ciento de hidrgeno y el 0,1% de los otros componentes se apaga la sobrecarga de la primera divisor 2. Noventa y nueve por ciento de acetaldehdo, 100% del hidrgeno, y 0,5% de los otros componentes se apaga la sobrecarga de la segunda divisor 3. Noventa - nueve por ciento de etanol y el 1% de los otros componentes se apaga la sobrecarga de la tercera divisor

5.9 problema Cavett :

Las plantas qumicas a menudo tienen ciclos de reciclaje; a veces puede ser difcil de resolver los balances de masa y energa porque se requiere iteracin. Como se discuti en el captulo 7, corrientes de desgarro pueden ser identificados; a continuacin, insertar el valor esperado de esa corriente comenzar los clculos. Con suerte, su conjetura es lo suficientemente bueno que los clculos convergen a medida que avanzan de unidad a unidad, y luego la vuelta otra vez. Uno de los primeros problemas utilizados para probar los esquemas de convergencia se llama el problema Cavett despus de la persona que la formul.

El diagrama de flujo se muestra en la figura 5.17. Hay cuatro unidades de flash que funcionan a las siguientes condiciones:

FL1100 F , 800 psi

FL2120 F , 270 psi

FL396 F , 49 psi

FL485 F , 13 psi

La velocidad de alimentacin a la primera unidad se da en la tabla 5.5. Estos productos qumicos son tpicos de los de una refinera por lo que el Chao - termodinmica Seader es apropiado.Realizar un estudio de los mtodos de convergencia en aspen plus: wegstein, directa, brayden, y Newton. Nada ms el nmero de iteraciones, el error mximo / tolerancia, y si el programa dijo que convergi entre cada eleccin de los mtodos de convergencia, el uso de ron / reinicializar para que el problema comience desde cero.

2.1Encontrar el volumen molar del gas amoniaco a 56 atm y 450 K usando la ecuacin Redlich - Kwong de estado, = 405.5 k, = 11,3 atm, a = 4,2527, b = a.02590; unidades de A y B corresponden a V en l / g mol. (a) utilizar Excel; (b) el uso de MATLAB

2.2 para el problema 2.1 Use aspen plus con las RKS y Peng - Robinson termodinmicas. Dar razones por las que los RKS y Peng - Opciones Robinsons podran ser necesarias

2.3Encontrar factor de compresibilidad de gas amoniaco en condiciones de forma de 50 a 250 atm y 400 K usando la ecuacin de estado Redlich-K Wong-Soave en excel (trasera _ antes de comenzar su hoja de balance, pensar en cmo se puede organizar de modo que pueda copiar frmulas de a una clula a otra con facilidad). Datos experimentales disponibles es que da un volumen de 0.459 l/g mol a 66.8 atm y 446 k.

2.4 Considere la siguiente mezcla en un agua - desplazamiento de gas reactor para hacer hidrgeno para la economa del hidrgeno. CO, 630; , 189; , 63 Kmol/h. El gas est a 1 atm y 500 K. Use EXCEL (o MATLAB) en la computadora para especificar el volumen usando:

a. Ley del gas idealb. La ecuacin de estado de redlich kwongc. La ecuacin de estado de redlich kwong- soave

Los factores acntricos para el mtodo RKS; CO, 0.049 ; agua, 0.344; , 0.225; Hidrogeno, -0.22De dnde sacaste los otros datos que necesitaba? Cmo se comparan las tres respuestas? Es el gas ideal o no? comentar. Entonces rehacer los clculos para una presin de 200 atm y comentar sobre los resultados

2.5Considere una mezcla de amoniaco, el resto de nitrgeno y hydrogeno en una relacin de 1:3 El gas est a 270 atm. And 550 k. Use EXCEL (o MATLAB) en la computadora para especificar el volumen usando:

a. Ley del gas idealb. La ecuacin de estado de redlich kwongc. La ecuacin de estado de redlich kwong- soave

De dnde sacaste los otros datos que necesitaba? Cmo se comparan las tres respuestas? Es el gas ideal o no? comentar.

2.6Encontrar el volumen molar del gas metanol a 100 atm y 300 c utilizando la EOS RKS, , ; unidades de A y B corresponden a V en l / g mol.Dar razn por la cual el gas ideal o RK ecuacin de estado no se esperan a ser opcin vlida. A 9.9174 MPa and 300 C, el volumen es 0.373 l/g.mol

2.7

Considerar la siguiente mezcla que est saliendo de reactor de metanol. CO, 100; , 200; metanol, 100 K Mol / h. El gas est a 100 atm y 300 . Calcular el volumen especfico usando:

a. Ley del gas idealb. La ecuacin de estado de redlich kwongc. La ecuacin de estado de redlich kwong- soave

Dar razones por las que no se espera que el gas ideal o ecuacin de estado RK puede ser una opcin vlida. Los factores acntricos para los mtodos RK- Soave son: CO, 0,049; , -0.22; metanol, 0.559. De dnde sacaste los otros datos que necesitaba? Cmo se comparan las tres respuesta? es el gas ideal o no? comenta

2.8Barron (1985), enumera el volumen especfico de nitrgeno a 5 MPa y 150 K como 0,116 .

* La constante de los gases en esta unidad es 8317

a) Utilizar el estado RK ecuacin para calcular el volumen especfico y compara con este valor. La constante crtica para el nitrgeno son 126,2 K y 3,4 MPa. b) Hacer lo mismo con la ecuacin de estado RKS. El factor acntrico para el nitrgeno es 0,040. Es esta molcula simtrica o asimtrica? es la versin soave necesario? c) Barron (1985) se le da la ecuacin Dieterici de Estado para altas presiones :

d) Calcular el volumen especfico de esta ecuacin de estado y comparar con las partes (a) y (b)

2.9Aspen recomienda una de las siguientes ecuaciones de estado para el n-butano:Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong, Lee-Kesler-Plocker. Comparar las predicciones del volumen especfico en 393,3 K y 16,6 atm.10