Proyecto de Reactores Químicos
Enviado por Juan Carlos Mendoza Uzcategui • 26 de Febrero de 2016 • Apuntes • 1.684 Palabras (7 Páginas) • 421 Visitas
DISEÑO DE UN REACTOR QUÍMICO PARA LA PRODUCCIÓN DE
ANHÍDRIDO MALEICO A PARTIR DE BUTENO.
Erika Hernández, Jesús Rojas
Proyecto de Reactores Químicos
RESUMEN
En el presente estudio se diseñó un reactor de lecho empacado para la producción de anhídrido maleico a partir de buteno y aire. Se simuló en MATLAB® las ecuaciones de balances de masa, y caída de presión para el estado estacionario en un reactor flujo-pistón ideal, como función de conversión de reacción y la carga de catalizador ( VPO-50). Se requirió una carga de catalizador 0,1723 kg. Se trabajó con un reactor isotérmico a T=300°C y presión inicial 1,3bar.
INTRODUCCIÓN
El anhídrido maléico es un compuesto químico que se usa en la producción industrial de sustancias como son resinas de poliéster, resinas para revestimientos alquidicos, producción de ácido fumárico, pesticidas, conservadores para aceites y grasas, papel, resinas de prensado permanente, farmacéuticos, fertilizantes; en síntesis Diels-Alders, reacciones de copolimerización, etc. Por lo tanto, la obtención de anhídrido maléico es de interés a nivel industrial, ya que como se mencionó es un producto que interviene en la síntesis de importantes productos químicos.
Los métodos de obtención de anhídrido maléico son reacciones de oxidación catalítica que involucra la presencia de catalizadores complejos como el óxido de vanadio - fosforo, combinado en algunos casos con hierro, titanio u otros componentes. Encontrar un catalizador que proporcione actividad y selectividad satisfactoria es un trabajo que debe tener una especial atención en el campo de la ingeniería.
Un nuevo proceso para manufactura de anhídrido maléico se ha desarrollado con base en la oxidación catalítica en fase vapor de n-butano y n-buteno. El procedimiento tradicional para la obtención de anhídrido maléico es mediante la oxidación catalítica de benceno:
:(1)[pic 1]
LOS OXIDOS DE VANADIO FOSFORO tienen una aplicación especial como catalizadores para la oxidación selectiva del hidrocarburo de 4 carbonos a anhídrido maléico. Se presentan diferentes fases dependiendo de la calcinación, de la naturaleza de los precursores, de la atmosfera gaseosa durante la calcinación y del contenido de fosforo.
Para la aplicación de estos conceptos se va a realizar la simulación de un reactor de lecho empacado con catalizador (VPO), de tal manera que cumple con un conjunto de datos y características con las cuales se va trabajar el reactor:
Tabla N°1. Dimensiones del reactor.
Diámetro (m) | 0,015 |
Longitud (m) | 1,5 |
Tabla N°2. Condiciones de operación.
Temperatura(°C) | 300 |
Presión(bar) | 1,3 |
Tabla N°3. Condiciones de alimentación.
Flujo De Buteno (mol/s) | 4,91*10^-6 |
Flujo De Aire (mol/s) | 5,4*10^-4 |
Viscosidad del Aire(Pa*s) | 3,26*10^-5 |
Tabla N°4.Características de catalizador
Diámetro(m) | 0,005 |
Porosidad | 0,5 |
Densidad(Kg/m^3) | 1300 |
El calor específico de cada sustancia se obtuvo por la siguiente expresión:
:(2)[pic 2]
Tabla N°5: Constantes para el cálculo del Calor Específico.
Comp. | A | B*10^3 | C*10^6 | D*10^-5 |
n-Buteno | 1.967 | 31.630 | -9.873 | |
Oxigeno | 3.639 | 0.506 | -0.227 | |
Nitrógeno | 3.280 | 0.593 | 0.040 | |
Agua | 3.470 | 1.450 |
El calor específico a evaluar para el anhídrido maleico se encuentra a partir de la siguiente expresión:
[pic 3]
(3)
Donde T se evalúa en K; en S.I.; A, B, C, D y E son constantes específicas para cada compuesto y se encuentran en la Tabla N°6.[pic 4]
A | 165.140 |
B | 68030 |
C | 1459,6 |
D*10 | 6,732 |
E | 8,477 |
Valor de la constante de velocidad específica a Tref= 420 ºC para la reacción en la obtención de maleico:
[pic 5]
[pic 6]
En este reactor se va producir anhídrido maleico poniendo en contacto un gas de alimentación que comprende oxígeno molecular y un hidrocarburo adecuado (por ejemplo, n-butano o buteno) con un catalizador de lecho fijo de vanadio-fósforo-oxígeno. El hidrocarburo se oxida parcialmente al pasar a través del reactor tubular que contiene el catalizador de lecho fijo. El gas producto de la reacción que se origina contendrá anhídrido maleico junto con productos secundarios de la oxidación tales como el monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el vapor de agua, los ácidos acrílico y acético y otros productos secundarios, junto con gases inertes presentes en el aire cuando se usa el aire como fuente de oxígeno molecular.
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