Absorbedor

Tenemos la intención de evaluar la economía de un proceso para la producción de estireno por deshidrogenación de etilbenceno. Las reacciones pertinentes se muestran a continuación. La información sobre las constantes de equilibrio de reacción, selectividad, precios de venta de los reactivos y productos, y un diagrama de flujo en bruto están incluidos en las páginas siguientes.

El estireno es producido por la reacción de:

[pic 1]

La reacción es reversible y está limitada por el equilibrio. La reacción se produce a altas temperaturas (800 K a 950 K) y a bajas presiones (0,4 bar a 1,4 bar) para desplazar el equilibrio hacia la derecha para favorecer la producción de estireno. El proceso utiliza un catalizador de hierro patentado que minimiza las reacciones secundarias. Sin embargo, las reacciones secundarias se vuelven significativas a temperaturas más altas. Para simplificar, supondremos que la única reacción secundaria es hidrogenólisis de etilbenceno para producir tolueno y el metano.

[pic 2]

El proceso de producción de estireno se ejecuta con una mezcla de vapor y etilbenceno. El vapor de agua actúa como un diluyente para desplazar el equilibrio de la reacción hacia la derecha en favor de estireno y tiende a limitar las reacciones laterales y extender la vida del catalizador. Vapor típica a las relaciones de etilbenceno entran en el reactor son 6-12.

La reacción de estireno es de equilibrio limitado. La constante de etilbenceno en estireno equilibrio tiene la forma:

[pic 3]

donde, yS, yH y YEB son las fracciones molares de estireno, hidrógeno y etilbenceno; P es la presión total en el reactor expresada en bar (1 bar = 100 kPa). El valor de la constante de equilibrio es sólo una función de la temperatura. Se describe por la siguiente relación.

[pic 4]

Las unidades de temperatura son grados Kelvin.

Se espera que formen grupos pequeños y para evaluar el proceso para determinar las condiciones de funcionamiento que producirán un beneficio máximo para una planta que produce 1.000.000.000 de libras de estireno por año. Usted debe asumir que el rango de temperatura de reacción es de 800-950 K, el rango de presión de 0,4-1,4 bar, y el rango de la proporción de vapor a etilbenceno entra en el reactor es de 6-12. La reacción primaria es de equilibrio limitado. Supongamos que esta reacción procede a 80% de su valor de equilibrio. La selectividad de la reacción secundaria aparece en la Tabla 1. El diagrama de flujo para el proceso se proporciona en la figura 1. No se haya facilitado información sobre los costes operativos, por lo que se debe considerar el beneficio de ser la diferencia entre el valor del producto y el costo de materia prima. Precios y costes se enumeran en la Tabla 2.

[pic 5]

Problema:

Usted, como un nuevo equipo de ingeniería de procesos, ha pedido para calcular el modo más rentable operar un proceso de producción de estireno. Estás para determinar la temperatura de operación, presión y proporción de vapor a etilbenceno. Hay un gran número de casos que necesitan ser evaluadas. Usted debe reportar la ganancia (pérdida) por cada caso examinado y proporcionar tablas de corrientes de las mejores condiciones de funcionamiento que se encuentran.

El usuario no puede utilizar el software de CAD, pero les anima a utilizar las hojas de cálculo. Usted puede escribir su propio programa, si lo prefiere. Si se escribe un programa, cualquier lenguaje de programación es aceptable. Tanto si utiliza una hoja de cálculo o programa, debe activar en cálculos de la mano de uno de los casos para demostrar que el programa de hoja de cálculo o se escriben correctamente.

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