Ejercicio 1 Reacción Rendimiento y Selectividad en un Reactor de Deshidrogenación
Las Reacciones: C2H6
C2H4 + H2 (1)
C2H6 + H2
2CH4 (2)
Se llevan a cabo en un reactor continuo en estado estacionario. La alimentación contiene 85,0 % mol de etano (C 2H6) y el balance son productos inertes (I). La fracción de conversión del etano es 0,501 y el rendimiento fraccionario de etileno es 0,471. Calcule la composición molar del gas producido y la selectividad del etileno para la producción de metano. Conv. C2H6 = 0,501 Rend. C 2H 4 = 0,471
85 % C 2H 6 15 % Inertes
Reactor
Gas Producido
C 2H 6 C 2H 4 CH 4 Inertes H2
Tomemos como Base de Calculo: 100 kgmol/h de Gas en la Alimentación Entonces, en el gas alimentado se tiene 85 kgmol/h de C2H6 y 15 kgmol/h de Inertes
Composición del Gas Producido: Los inertes son compuestos que no reaccionan o no se transforman dentro del reactor, por lo que la misma cantidad que entra es la cantidad que sale: Inertes (gas prod.) = Inertes (aliment.) = 15 kgmol/h
Sólo el 0,501 del Etano (C 2H6) en la alimentación reacciona por lo que el (10,501) restante no reacciona y sale en e n el gas producido: C 2 H 6 k gmol/h l/h 6 (gas prod.) = (1-0,501)*85 kgmol/h = 42,4 kgmo
El rendimiento de etileno producido (C 2H4) es de 0,471, lo que significa que: Re nd .C 2 H 4
kgmol C 2 H 4 producido pro ducidoss kgmol C 2 H 4 para par a conv. total
0,471 (3)
C 2 H 4 Conv. Total = = Etileno producido si reacciona todo el etano alimentado
85
C 2 H 4 Conv. Total
kgmol C 2 H 6
h
*
1 kgmol C 2 H 4 1 kgmol C 2 H 6
85 Kgmol/h
Despejando el etileno producido de la ecuación de rendimiento (3), se tiene: C 2 H 4(gas prod.) = 0,471*85Kgmol/h = 40,0 kgmol/h
Del cálculo anterior se tiene que, para producir 40,0 kgmol/h de C 2H4 se requieren 40,0 kgmol/h de C 2H6 (por la relación estequiométrica). El Etano consumido o que reacciona es el 0,501 del alimentado,
es decir,
0,501*85 kgmol/h = 42,6 kgmol/h. De aquí que, si se convirtieron 42,6 kgmol/h de C 2H6, y sólo 40,0 kgmol/h de C2H6 reaccionaron para producir etileno, la diferencia se convirtió en metano (reacción 2). De aquí: CH 4 ( gas prod .)
(42,6
40,0)
kgmol C 2 H 6
h
*
2 kgmol CH 4 1 kgmol C 2 H 6
5,2 kgmol/h
El H2 se forma en la reacción (1) junto con el etileno y parte de él se consume en la reacción (2) para formar metano (CH4), por lo tanto: H 2 ( gas prod .)
40
kgmol C 2 H 4
*
1kgmol H 2
(42,6 40)
h 1kgmol C H 2 4
kgmol C 2 H 6
*
1kgmol H 2
h 1kgmol C H 2 6
H 2 (gas prod.) = 37,4 kgmol/h
Composición del Gas Producido: El flujo de Gas Producido se obtiene sumando todos los componentes: Gas Producido = 15 kgmol Inertes /h + 42,4 kgmol C 2 H 6 /h + 40,0 kgmol C 2 H 4 /h + 5,2 kgmol CH 4 /h + 37,4 kgmol H 2 /h Gas Producido = 140,0 kgmol/h
x Inertes
xC 2 H 4
15,0 kgmol / h 140,0 kgmol / h 40,0 kgmol / h 140,0 kgmol / h
0,107
xC 2 H 6
0,286
xCH 4
x H 2
37,4 kgmol / h 140,0 kgmol / h
42,4 kgmol / h 140,0 kgmol / h 5,2 kgmol / h 140,0 kgmol / h
0,267
0,303
0,037
Selectividad del etileno para la producción de metano: Selectivid ad Etileno Me tan o
Selectivid ad Etileno Me tan o
kgmol Etileno producido
40,0 kgmol / h
kgmol Me tan o producido
5,2 kgmol / h
kgmol C 2 H 6 7,7
kgmol CH 4
