Recordando las operaciones de proceso en la síntesis del proceso Reacción química (para eliminar las diferencias en el tipo molecular) Mezcla y reciclaje (para distribuir los productos químicos) Separación (para eliminar las diferencias en la composición) Cambio de temperatura, presión y f ase Interación de tareas (para combinar las tareas en operaciones unitarias !sta Conferencia aborda las relas "eurísticas que acelerar la selección y colocación de procesamiento como diaramas de flujo se ensamblan# !stas relas se basan en la e$periencia y sostena en eneral, pero deben analizarse para aseurar que se aplican en la aplicación específica (por ejemplo, mediante la simulación)# M%s adelante, en la sección &, 'eremos cómo alorítmicos mtodos se utilizan para mejorar las decisiones de diseo#
*bjeti'os instruccionales Cuando "aya terminado de estudiar esta unidad, usted debe+ Comprender la importancia de seleccionar pat"s de reacción que no impliquen productos químicos tó$icos o pelirosos, y cuando es ine'itable reducir su presencia acortando residencia 'eces en las unidades de proceso y e'itando su almacenamiento en randes cantidades# Ser capaces de distribuir los productos químicos en un oranirama de proceso, para tener en cuenta la presencia de especies inertes, para purar las especies que lo contrario establecería a concentraciones inaceptables, para lorar una alta selecti'idad para los productos deseados# Ser capaces de aplicar "eurística en la selección de procesos de separación para separar mezclas líquido 'apor, líquidos y 'apores# Ser capaces de distribuir los productos químicos, utilizando reacti'os e$ceso, diluyentes inertes y fríos tiros, para eliminar las pruebas eliminatorias e$otrmicas de la reacción# !ntienden las 'entajas de bombear un líquido en luar de compresión de 'apor# Materias primas y las reacciones químicas -eurístico . Seleccionar materias primas y las reacciones químicas para e'itar, o reducir, la manipulación y almacenamiento de productos químicos tó$icos y pelirosos# !jemplo + /abricación de etilenlicol (!0)# O C2H4 + - O2 2
→
CH2 - CH2
O CH2 - CH2 + H2O
OH →
(R.1)
OH
CH2 - CH2
(R.2)
1uesto que ambas reacciones son altamente e$otrmicas, necesitan ser controlados cuidadosamente# 1ero un derrame de aua en un tanque de almacenamiento de información de ó$ido de etileno podría conducir a un accidente similar al incidente de &"opal# 2 menudo estos procesos est%n diseados con dos pasos de la reacción, con el almacenamiento de los intermedios, para permitir la producción continua, incluso cuando los problemas de mantenimiento se cerró la primera operación de reacción# 2lternati'as para el proceso de dos pasos !0
. 3tilice cloro y c%ustica en un paso de la reacción indi'idual, para e'itar el intermedio
OH OH CH2=CH2 + Cl2 + 2NaOH(aq)
→
CH2CH2 + 2NaCl
(R.3)
4 Como se forma el ó$ido de etileno, reaccionar con dió$ido de carbono para formar carbonato de etileno, un intermedio muc"o menos acti'o que puede almacenar con seuridad e "idrolizado, para formar el producto de licol de etileno, se5n sea necesario+
O O
C
6istribución de productos químicos
CH2 - CH2 + CO2
-eurística 4
→
O
O
(R.4)
CH2 CH2
3tilizar un e$ceso de un reacti'o químico en una operación de reacción totalmente consumir un 'alioso seundo, tó$ico, o reacti'o químico peliroso# !jemplo+ Considere el uso de etileno e$ceso en la producción de 6C!
Heuristica 3 Cuando se requieren productos casi puros, eliminar especies inertes antes de las operaciones de reacción, cuando las separaciones se loran f%cilmente, o cuando el catalizador es afectado neati'amente por el inerte -acer esto cuando debe quitarse un ran calor e$otrmico de la reacción#
Example:
7ecesidad de decidir si retirar inertes antes de reaccionar
### o despus de la reacción#
Claramente, deben e'aluarse la facilidad y el costo de las separaciones# !sto puede lorarse mediante el e$amen de las propiedades físicas en que se basan las separaciones e implica el uso de la simulación
Hueristica 4 Introducir líquido o 'apor corrientes de pura para proporcionar salidas para especies que entrar en el proceso como impurezas en la alimentación produit reacciones irre'ersibles secundarias Cuando estas especies se encuentran en cantidades traza o son difíciles de separar de las otras sustancias químicas !jemplo+ 8azo de síntesis de 7-9
7ota+
Selección de tasa de flujo de pura depende de la economía
Heurística 5 7o purar 'aliosa especie o especies que son tó$icos y pelirosos, incluso en concentraciones pequeas# 2adir separadores para recuperar especies 'aliosas# 2adir reactores para eliminar especies tó$icas y pelirosas !jemplo+ con'ertidor catalítico en el sistema de escape del coc"e#
-eurística : Subproductos que se producen en reacciones re'ersibles, en pequeas cantidades, eneralmente no son recuperados en separadores o purados# 2l contrario, son eneralmente reciclados a la e$tinción# 2 menudo pequeas cantidades de productos químicos se producen en reacciones secundarias# Cuando la reacción procede de manera irre'ersible, deben purarse pequeas cantidades de subproductos, de lo contrario lo "ar%n la acumulación en el proceso continuamente "asta que el proceso se debe apaar# Cuando, sin embaro, la reacción procede re'ersible, llea a ser posible alcanzar una con'ersión de equilibrio en estado estacionario reciclando especies de producto sin quitarlas del proceso# 1ara ello, se dice a menudo que subproductos no deseados son reciclados a la e$tinción# -eurística ; 1ara la competencia de la serie o paralelas reacciones, ajustar la temperatura, presión y catalizador para obtener altos rendimientos de los productos deseados# !n la primera distribución de productos químicos, asumir que estas condiciones pueden satisfacerse obtención datos de cintica y comprobar esta "ipótesis antes de desarrollar un diseo de caso base# !jemplo+ /abricación de cloruro de alilo
Kinetic data Reaction
∆HR
ko
E/R (oR)
1
Btu/lbmole -4,800
lbmole/(hr ft3atm2) 206,000
2
-79,200
11.7
3,430
3
-91,800
4.6 x 108
21,300
13,600
9.6000000000000002E-4 9.7000000000000005E-4 9.7999999999999997E-4 9.8999999999999999E-4 1.0200000000000001E-3 1E-31.01E-3 -0.4
-0.8
ln(k) ln(k1)
ln(k2)
-1.2
-1.6
1/T (980
ln(k3)
<=u rano de temperaturas de funcionamiento fa'orecen la producción de cloruro de alilo
Heurística 8 1ara Reacciones re'ersibles, sobre todo, considere lle'ar a cabo en un dispositi'o de separación capaz de eliminar los productos y por lo tanto, las reacciones a la derec"a# !stas operaciones de reacciónseparación lle'an a muy diferentes distribuciones de productos químicos !jemplo # /abricación de acetato de etilo mediante destilación reacti'a Con'encionalmente, esto e$iiría la reacción+
MeOH + HOAc H2O,
MeOAc +
seuido por la separación de productos utilizando una secuencia de separación >orres#
/abricación de Me*2c mediante destilación reacti'a
Separaciones
-euristca ? Separar mezclas de líquidos mediante destilación y desmontaje >orres y e$tractores líquidolíquido, entre operaciones similares#
Seleccione de la destilación, destilación mejorada, desmontaje de >orres, e$tracción líquidolíquido, etc# -euristica .@ >rate de condensar el 'apor mezclas con aua de enfriamiento# 2 continuación, utilice la "eurística ?#
Ref: Douglas (1988) -euristica .. Mezclas de 'apor separado mediante condensadores parciales, destilación crionica, >orres de absorción, adsorción o dispositi'os de membrana
Combinación de los anteriores dos diaramas de flujo >ransferencia de calor en reactores 2unque la transferencia de calor en reactores mejor se discute en el conte$to de la interación de calor y electricidad ('er conferencias :A), se trata aquí porque muc"os mtodos relacionados con la transferencia de calor en reactores tambin afectan la distribución de productos químicos# 1rimeros tratados son reactores e$otrmicas# -euristica .4 1ara quitar un calor altamente e$otrmica de la reacción, considerar el uso de e$ceso reacti'o, un diluyente inerte y fríos tiros# !stos afectan la distribución de productos químicos y deben insertarse en síntesis del proceso# 1ara quitar un calor altamente e$otrmica de la reacción, considerar el uso de
-euristica .9
Menos e$otrmicas calores de reacción, circular el líquido del reactor a un enfriador e$terno o usar un recipiente encamisado o serpentín de enfriamiento# 2simismo, considere el uso de refrieradores intermedios#
!jemplo B# 6iseo de >2 para con'ertidores de síntesis de 7-9
!ndotrmicos reactores son tratados de manera similar+ -euristica .D
>o control temperature for a "i"lyendot"ermic "eat of reaction, consider t"e use of e$cess reactant an inert diluent, and "ot s"ots# >"ese affect t"e distribution of c"emicals and s"ould be inserted early in process synt"esis# -euristic .E /or less endot"ermic "eats of reaction, circulate reactor fluid to an e$ternal "eater, or use a jacFeted 'essel or "eatin coils# 2lso, consider t"e use of inter"eaters# &ombeo y compresión -euristica .: 1ara aumentar la presión de un arroyo, un líquido de la bomba en luar de comprimir un asG es decir, condensar el 'apor, como refrieración (y compresión) no es necesario, antes de bombear
6esde el trabajo realizado por bombeo o compresiones 'iene dada por+
P ! = ∫ P dP 2
1
Se deduce que es m%s eficiente para bombear un líquido que to comprimir un as# 2sí, casi siempre es preferible a condensar el 'apor, pump it y 'aporizarlo, en luar de comprimirlo# !$cepción+ Si la condensación requiere refrieración#
1roceso diseo "eurística Resumen -emos cubierto .: "eurística del diseo, lo que le permite
!ntender la importancia de seleccionar pat"s de reacción que no impliquen productos químicos tó$icos o pelirosos, o para reducir su presencia acorta los tiempos de residencia en las unidades de proceso y e'itando su almacenamiento en randes cantidades# Ser capaces de distribuir los productos químicos en un oranirama de proceso, para tener en cuenta la presencia de especies inertes, para purar las especies que lo contrario establecería a concentraciones inaceptables, para lorar una alta selecti'idad para los productos deseados# Ser capaces de aplicar "eurística en la selección de procesos de separación para separar mezclas líquido 'apor, líquidos y 'apores# Ser capaces de distribuir los productos químicos para quitar e$otrmicas calores de reacción# !ntienden las 'entajas de bombear un líquido en luar de compresión de 'apor
