Ejercicio 2 Reacción Deshidrogenación de Propano
En un reactor se deshidrogena deshidrogena propano para dar propileno: C3H8
C3H6 + H2
El proceso se va a diseñar para una conversión global de 95 % del propano (C ( C 3H8). Los productos de reacción se separan en dos corrientes: corr ientes: la primera, que contiene H 2, C3H6 y el 0,555 % del propano que sale del reactor, se considera como producto; la segunda corriente, que contiene el balance del propano sin reaccionar y 5 % del prop ileno (C ( C 3H6) de la primera corriente, corriente, se recircula al reactor. Calcule Calcule la composición composición del producto, la relación (moles recirculados/moles de alimentación fresca), fresca), y la conversión por paso paso.. Conv. Con v. Global C 3H8 = 95 %
C3H8
F2
Reactor
F1
F3
Separador
F4 C3H6 H2 C3H8
C3H6 C3H8
F5
Tomemos como Base de Cálculo: 100 kgmol/h de F1 (alimentación fresca C 3H8), ya que con este valor y la conversión global del proceso se puede comenzar a calcular los valores de composición del producto.
Composición del Producto (F4):
El propano que sale con el producto F4 es el 5 % del que se alimenta en F1, ya que la conversión global del propano en el sistema es de 95 %: C 3H 8 (F4) = 0,05*100 kgmol/h = 5,0 kgmol/h
El 95% del propano que se alimenta se convierte en Propileno e Hidrógeno dentro del reactor: C 3H 6 6 (F4) = 0,95 * 100
kgmol C 3 H 8
h
*
1 kgmol C 3 H 6 1 kgmol C 3 H 8
= 95,0 kgmol/h
H 2
(F4) =
0,95 * 100
kgmol C 3 H 8
h
*
1 kgmol H 2 1 kgmol C 3 H 8
= 95,0 kgmol/h
El flujo total de F4 se determina sumando los flujos individuales de los componentes componentes en la corriente: F4 = 5 kgmol C 3H 8/h + 95,0 kgmol C 3H 6 6/h + 95,0 kgmol H 2/h = 195,0 kgmol/h
xC 3 H 8
5,0 kgmol / h
0,026
195,0 kgmol / h
x H 2
xC 3 H 6
95,0 kgmol / h
95,0 kgmol / h 195,0 kgmol / h
0,487
0,487
195,0 kgmol / h
Relación Reciclo a Alimentación Fresca (F5/F1):
Del enunciado se tiene que la corriente F4 contiene el 0,555 % del propano que sale del reactor (F3), por lo tanto: C 3H 8 (F4) = 0,00555* C 3H 8 (F3) = 5,0 kgmol/h
C 3 H 8 ( F 3)
5,0 kgmol / h 0,00555
900,9 kgmol / h
Entonces, C 3H 8
(F5) =
C 3H 8
(F3)-
C 3H 8
(F4) =900,9
kgmol/h – 5,0 kgmol/h = 895,9kgmol/h
Además, del enunciado se tiene que la corriente F5 contiene el 5 % del propileno (C3H6) de F4, por lo tanto: C 3H 6 6 (F5) = 0,05* C 3H 6 6 (F4) =0,05 *95,0 kgmol/h = 4,8 kgmol/h
Al sumar los dos flujos de componentes de F5, se obtiene el flujo total de F5. F5 = C 3H 8 (F5) + C 3H 6 6 (F5) = 895,9kgmol/h + 4,8 kgmol/h = 900,7 kgmol/h
Finalmente, la relación Reciclo a alimentación fresca es: Re lación Re ciclo
A lim Fresca
F 5
900,7 kgmol / h
F 1
100 kgmol / h
9
Conversión por Paso:
Para determinar la conversión de propano por paso se deben tomar las corr ientes que entra ( F2) y que sale del reactor ( F3):
Conv. por paso (C 3 H 8 )
kgmol C 3 H 8
F 2
kgmol C 3 H 8
kgmol C 3 H 8
F 3
F 2
Haciendo el balance de propano en el punto de mezcla de la alimentación a limentación fresca y el reciclo, se determina el propano que entra al reactor: (Kgmol C 3H 8)F2 =(Kgmol C 3H 8)F1 + (Kgmol C 3H 8)F5
(Kgmol C 3H 8)F2 = 100 kgmol/h + 895,9 kgmol/h = 995,9 kgmol/h
Conv. por paso (C 3 H 8 )
995,9 kgmol / h
900,9 kgmol / h
995,9 kgmol / h
0,095
