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Se produce oxido de etileno, mediante la oxidación catalítica del etileno. C 2 H 4 + ½ O2 C 2 H 4 O Una reacción competitiva indeseable, es la combustión del etileno C 2 H 4 + 3 O 2 2CO 2 + 2H 2 O La alimentación al reactor (no la alimentación fresca al proceso), contiene 3 moles de C 2 H 4 por mol ...

Description

Se produce oxido de etileno, mediante la oxidación catalítica del etileno. C2H4 + ½ O2

C2H4O

Una reacción competitiva indeseable, es la combustión del etileno C2H4 + 3 O2

2CO2 + 2H2O

La alimentación al reactor (no la alimentación fresca al proceso), contiene 3 moles de C2H4 por mol de O2. La conversión fraccionaria del etileno en el reactor, es de 20 % y el rendimiento de C2H4O, en base al etileno consumido, es de 80 %. Se emplea un proceso de múltiples unidades a fin de separar los productos, se recirculan el C2H4 Y EL O2, nuevamente al reactor, el C2H4O, se vende como producto, mientras que el CO2 y el H2O, se descartan. Calcular el flujo molar de O2 y C2H4, en la alimentación fresca necesarios, para producir 1500 Kg de C2H4O. También calcular la conversión global y el rendimiento global basado en la alimentación de C2H4. C2H4= A: O2= B; C2H4O= C; CO2= D; H2O = E

𝛈= 0.8 moles de C/mol de A consumido La conversión XA = 20%, se refiere al etileno (A) que se consume en las dos reacciones En F2, existen 3 mol de A y un mol de B, total cuatro moles, por lo tanto : XA2 = 75 % XB2 = 25 % F4 = 1500 kg de C = 34.1 kgmol de C o 34.1 kmol de C Cuantas series de balances: nodo, reactor y proceso total: 3 En el nodo: BG, BA y BB (3) En el reactor BA, BB, BC, BD y BE (5) En el proceso: BG, BA, BB, BC, BD y BE (6) Ecuaciones adicionales Fracciones en F1, F3, F5 y R (4) La ecuación de rendimiento y la conversión (2)

Total ecuaciones: 20 Total incognitas: F1,F2,F3,F5,R, xA1,xB1,xA3, xB3, xC3, xD3, xE3, xAR, xBR, xD5, XE5 Los moles de A que reaccionan en la primera reacción (y) Los moles de A que reaccionan en la segunda reacción (z) Total 18 incognitas Balances en el nodo BG: F1 + R - F2 = 0

(1)

BA: F1*xA1 + R * xAR – F2* 0.75 = 0 (2) BB: F1*xB1 + R * xBR – F2* 0.25 = 0

(3)

Además de las ecuaciones adicionales: F1*xA1 + F1*xB1 = F1 (4) R * xAR + R * XBR = R

(5)

Balances en el reactor ( asumimos dos reactores en cada de uno de ellos, una reacción no es real) (I)

(REACTOR SUPUESTO)

C2H4 +

½ O2

Entrada

F2*0.75

F2*0.25

-y

-½ y

Reacciona Salida

F2*0.75 - y

(II) C2H4 Entrada Reacciona Salida

C2H4O

+y

F2*0.25 – ½ Y

F3 xC3

(REACTOR SUPUESTO)

+

F2*0.75 – y

-----

3 O2

2CO2

F2*0.25 – ½ Y

--------

--------+2z

-z

-3z

+2z

F3 xA3

F3xB3

F3xD3

Las cinco ecuaciones de balance generadas: Para A:

F2*0.75 – y – z = F3 xA3

(6)

Para B:

F2*0.25 – ½ Y – 3z = F3xB3 (7)

+

2H2O

F3xE3

Para C:

y = F3 xC3 (8) ( CORRESPONDE A 1500 kg o 34.1 kgmol)

Para D:

2z = F3xD3 (9)

Para E:

2z = F3xE3 (10)

Además de la ecuación adicional: F3 xA3 + F3xB3 + F3 xC3 + F3xD3 + F3xE3 = F3 (11) Los balances en el proceso de separación: BG:

F3 - F4 - F5 – R = 0 (12)

BA:

F3 xA3 – F4 * 0 – F5 * 0 – R xAR = 0

BB:

F3xB3 – F4 * 0 - F5 * 0 - R xBR = 0 (14)

BC:

F3 xC3 – F4 * 1 – F5 * 0 - R * 0 = 0

(15)

BD:

F3 xD3 – F4 * 0 – F5 xD5 – R * 0 = 0

(16)

BC:

F3 xE3 – F4 * 0 – F5 xE5 – R * 0 = 0

(17)

(13)

Y la ecuación adicional: F5 xD5 + F5 xE5 = F5 (18) Además del rendimiento: 𝛈= 0.8 moles de C/mol de A consumido = F4/(y + z) 0.8 = F4/(y + z)

(19)

Y la conversión: 0.2 = (y + z)/ 0.75 F2 (20) El conjunto de ecuaciones: BG: F1 + R - F2 = 0

(1)

BA: F1*xA1 + R * xAR – F2* 0.75 = 0 (2) BB: F1*xB1 + R * xBR – F2* 0.25 = 0

(3)

F1*xA1 + F1*xB1 = F1 (4) R * xAR + R * XBR = R

(5)

Para A:

F2*0.75 – y – z = F3 xA3

Para B:

F2*0.25 – ½ Y – 3z = F3xB3 (7)

Para C: Para D:

(6)

y = F3 xC3 (8) ( CORRESPONDE A 1500 kg o 34.1 kgmol) 2z = F3xD3 (9)

Para E:

2z = F3xE3 (10) F3 xA3 + F3xB3 + F3 xC3 + F3xD3 + F3xE3 = F3 (11)

BG:

F3 - F4 - F5 – R = 0 (12)

BA:

F3 xA3 – F4 * 0 – F5 * 0 – R xAR = 0

BB:

F3xB3 – F4 * 0 - F5 * 0 - R xBR = 0 (14)

BC: kgmol)

F3 xC3 – F4 * 1 – F5 * 0 - R * 0 = 0

(15) ( CORRESPONDE A 1500 kg o 34.1

BD:

F3 xD3 – F4 * 0 – F5 xD5 – R * 0 = 0

(16)

BC:

F3 xE3 – F4 * 0 – F5 xE5 – R * 0 = 0

(17)

(13)

F5 xD5 + F5 xE5 = F5 (18) 0.8 = F4/(y + z)

(19)

0.2 = (y + z)/ 0.75 F2 (20) La resolución, comienza por: De (15) y (8) F4 = F3 xC3 = y = 34.1 kmol de C ( 1500 kg de C) De (19) z = 8.53 kmol De (20) F2 = 284.2 kmol De (6) F3 xA3 = 170.5 kmol De (7) F3 xB3 = 28.4 kmol De (9) F3 xD3 = 17.06 kmol De (10) F3 xE3 = 17.06 kmol DE (11) F3 = 267.12 kmol xA3 = 63,83 % xB3 = 10,63% xC3 = 12,76% xD3 = 6.39% xE3 = 6.39% DE (16) F5 xD5 = 17.06 kmol De (17) F5 xE5 = 17.06 kmol DE (18) F5 = 34.12 kmol

XD5 = 50% XE5 = 50% De (13) R XAR =170.5 kmol De (14) R XBR = 28.4 kmol De (5) R =

198.9 kmol

xAR = 85.72 % XBR = 14.28 % De (1) F1 = 85.3 kmol De (2) xA1 = 50% De (3) xB1 = 50% a) Flujo de etileno = flujo de oxigeno = 85.3 *0.5 = 42.65 kmol b) La conversión global XAglobal = (nA ENTRAN – nA SALEN)/ nA ENTRAN = (42.65 – 0)/ 42.65 = 1 (100%) c) Rendimiento = (34.1 kmol de C/42.65 kmol A)*100 = 79.95%...