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BInformation for the PreliminaryDesign of Chemical Processes

DIMETHYL ETHER (DME) PRODUCTION, UNIT 200

DME se utiliza principalmente como un propelente de aerosol. Es miscible con lamayoría de disolventes orgánicos, tiene una alta solubilidad en agua, y escompletamente miscible en agua y 6% de etanol [1 . !ecientemente, el uso deDME como un aditivo de combustible para motores di"sel se #a investigado

debido a su alta volatilidad $deseable para el arran ue en &río' y el n(mero decetano alto. )a producci*n de DME es a trav"s de la des#idrataci*n catalítica demetanol sobre un catalizador de zeolita ácido.)a reacci*n principal es+

En el rango de temperatura de operaci*n normal, no #ay reacciones secundariassigni&icativas.

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.1.: 9in"tica de reacci*n

)a reacci*n ue tiene lugar es ligeramente e>ot"rmica con un calor estándar dereacci*n, ?@reac $: ; 9' A =11,772 BC 8 Bmol. )a constante de e uilibrio para estareacci*n en tres di&erentes las temperaturas se dan a continuaci*n+

)as conversiones de e uilibrio correspondientes para alimentaci*n de metanolpuro más de la temperatura por encima gama son mayores ue 44%. sí, estareacci*n se controla cin"ticamente a las condiciones utilizadas en este proceso.

)a reacci*n tiene lugar en un catalizador de al(mina amor&a tratada con 12,:%ílice. Fo #ay reacciones secundarias signi&icativas a menos de G22 ; 9. En

mayor ue : 2 ; 9, la ecuaci*n de velocidad está dada por ondiera y Faccac#e[: como+

Donde B A 1 :1 >12 6 Bmol 8 $m cat # B a' E A 52 G5 BC 8 mol y ρ metanol A

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En la práctica, el lec#o de catalizador puede ser dividido en dos secciones, con unintercooler entre las dos camas. Esto tiene un e&ecto general de aumentar el

volumen $y el coste' del reactor y se debe investigar si se espera ue los da3oscatalizador a temperaturas más ba/as de G22 ; 9. Hn=reactor de en&riamiento$dise3o de carcasa y tubo' y de temple &río por la divisi*n de la alimentaci*n yalimentar en di&erentes puntos en el reactor tambi"n podría ser investigada comoalternativa viable con&iguraciones de reactor.

.1. simulaci*n $9@EM9 D' 9onse/os

El sistema binario DME=agua e>#ibe dos &ases lí uidas cuando la concentraci*nes DME en el rango de G% a 4 % [: . in embargo, tras la adici*n de 7% o másde alco#ol, la mezcla de se vuelve totalmente miscible en el rango completo deconcentraci*n DME. &in de ue asegurarse de ue este comportamiento no idealse simula correctamente, se recomienda ue datos binarios de e uilibrio vapor=lí uido $I)E' para los tres pares de componentes puede utilizar con el &in de unainteracci*n de parámetros binarios !egress $-H0' para una termodinámica

FHJ 9 8 FH0 9 modelo. i no se utilizan los datos I)E para los paresbinarios, a continuaci*n, FH0 9 se puede utilizar para estimar -H0, pero "stass*lo se deben utilizar como estimaciones preliminares. 9omo con todos lossistemas no ideales, no #ay sustituto para el dise3o de e uipos de separaci*nutilizando datos regresi*n del real $e>perimental' I)E.

.1.G !e&erencias

1. KDu-ont

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ST !ENE P!"D#CTI"N$ #NIT %&&

El estireno es el mon*mero utilizado para #acer de poliestireno, ue tiene unamultitud de usos, la más com(n de las cuales se encuentran en los envases yvasos para bebidas de espuma de poliestireno aislante. Estireno es producido porla des#idrogenaci*n de etilbenceno. El etilbenceno se &orma por reacci*n deetileno y benceno. @ay muy poco etilbenceno se vende comercialmente, por ue lamayoría &abricantes de etilbenceno convierten directamente en estireno.

. .1 Descripci*n del proceso [1, :

El diagrama de &lu/o del proceso se muestra en la 0igura . .1. limentaci*netilbenceno se mezcla con reciclado etilbenceno, calentada, y luego se mezcla conalta temperatura, sobrecalentado vapor. El vapor es una inerte en la reacci*n, ueimpulsa el e uilibrio muestra en la Ecuaci*n $ . .1' a la derec#a mediante lareducci*n de las concentraciones de todos los componentes. Debido a la&ormaci*n de estireno es altamente endot"rmica, el vapor sobrecalentado tambi"nproporciona energía para conducir la reacci*n. Descomposici*n de etilbenceno abenceno y etileno, y #idrodesal uilaci*n para dar el metano y el tolueno, sonreacciones secundarias no deseadas ue se muestran en las ecuaciones $ . .:' y$ . . '. )os reactivos entran entonces en dos camas adiabáticas lleno de intercale&acci*n.)os productos se en&rían, la producci*n de vapor del e&luente del reactor de altatemperatura. )a corriente de producto en&riado se envía a un separador de tres&ases, en la ue los gases ligeros $#idr*geno, metano, etileno', lí uido orgánico, yla salida de agua en corrientes separadas. El #idr*geno corriente se puri&icaadicionalmente como una &uente de #idr*geno en la planta en otro lugar. )acorriente de benceno 8 tolueno se devuelve actualmente como una corriente dealimentaci*n a la instalaci*n petro uímica.) i á i i l d d d d il

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El producto de estireno puede polimerizar espontáneamente a temperaturas másaltas. -or ue estireno producto se envía directamente a la unidad de

polimerizaci*n, la e>periencia sugiere ue a medida ue su temperatura semantiene siempre a menos de 1: ; 9, no #ay polimerizaci*n espontáneaproblema. Debido a ue este es menor ue el punto de ebullici*n normal deestireno, y por ue ba/o presi*n empu/a el e uilibrio en la ecuaci*n $ . .1' a laderec#a, gran parte de este proceso es correr a vacío.!esumen de corrientes, res(menes de servicios p(blicos, y las principalesres(menes e uipos se dan en

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Figure B.'.1 Unit 400 : Styrene Process Flow Diagram

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Tabla B.3. Tablas !e corrientes !e Uni!a! 400

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Tabla B.3.2 "es#men Utili!a! !e la Uni!a! 400

Tabla B.3.3 E$#i%os &ayores "es#men !e la Uni!a! 400

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Total ( ) * * + incl#ye moles !e ) !e ,a%or inerte

)a ecuaci*n $ . . ' se puede utilizar para generar datos para la conversi*n dee uilibrio, >, &rente -,

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. Shio#-Shan hen/ Styrene/1 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology /online,ersion )ew or : 5ohn 6iley an! Sons/ 20078.2. Styrene/1 Encyclopedia of Chemical Processing and Design / 9ol. / e!. 5. 5. &c;etta/

)ew or : &arcel De er/ .3. Sny!er/ 5. D./ an! B. S#bramaniam/ @ )o,el "e,erse Flow Strategy Aor Ethylben eneDehy!rogenation in a Pac e!-Be! "eactor/1 Chem. Engr. Sci. 4<

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P!"D#CTI"N "F (A)EIC AN* D!IDE F!"( BEN+ENE$ #NIT ,&&

ctualmente, la ruta pre&erida a an#ídrido maleico en los Estados nidos es atrav"s de isobuteno en reactores de lec#o &luidizado. in embargo, una rutaalternativa a trav"s de benceno puede llevarse a cabo el uso de un reactor decarcasa y tubo, con catalizador en los tubos y un medio de en&riamiento sedistribuye a trav"s de la carcasa [1, : .

. .1 Descripci*n del proceso

n diagrama de &lu/o de proceso para la secci*n del reactor del proceso dean#ídrido maleico se muestra n la 0igura . .1. El benceno se vaporiza en E=621,se mezcla con aire comprimido y, a continuaci*n, se calienta en un calentador deencendido, @=621, antes de ser enviado a un reactor catalítico de lec#oempa uetado, !=621, en las siguientes reacciones tienen lugar+

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9in"tica de reacci*n . .:)as reacciones y la cin"tica de reacci*n [ dada en las ecuaciones $ . .1' =$ . .G' se dan por la e>presi*n

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ino>idable. n coe&iciente global de trans&erencia de calor para el reactor debeestablecerse como 122 Q 8 m: ; 9. $Este es el valor especi&icado en la

simulaci*n.'

. . simulaci*n $9@EM9 D' 9onse/os

)a simulaci*n 9@EM9 D utilizado para generar la -0D se muestra en la 0igura. .1 tiene varios simpli&icaciones ue son válidas para este sistema. )a

eliminaci*n de pe ue3as cantidades de gases no condensables se consigue

despu"s de ue el absorbedor utilizando un separador de componentes, lo ueevita problemas con la convergencia columna de aguas aba/o. )a &ormaci*n deácido maleico se simula usando un reactor este uiometrico y a/uste de laconversi*n de agua a 1.

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uímicas para producir , pero el más com(n es a trav"s de la o>idaci*n parcialde propileno. El mecanismo usual para la producci*n de utiliza un proceso de

dos pasos en el ue el propileno se o>ida primero a acroleína y entonces o>idadomás a . 9ada etapa de reacci*n generalmente se lleva a cabo sobre uncatalizador separado y en di&erentes condiciones de &uncionamiento. )aeste uiometria de la reacci*n se da a continuaci*n+

-ueden producirse varias reacciones laterales, más ue resulta en la o>idaci*n de

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-or lo tanto, la con&iguraci*n típica proceso consiste en un sistema de dosreactores, con cada reactor ue contiene un catalizador separado y operando acondiciones a &in de ma>imizar la producci*n de . El primer reactor &uncionatípicamente a una temperatura más alta ue la segunda.9omo con cual uier reacci*n ue implica la o>idaci*n parcial de un material de

alimentaci*n de combustible $-ropileno', se debe prestar muc#a atenci*n a lacomposici*n de los #idrocarburos y o>ígeno en la corriente de alimentaci*n. En eldise3o actual, se utiliza un reactor de lec#o &luidizado, ue proporcionacondiciones esencialmente isot"rmicas en el reactor y, con la adici*n de grandescantidades de vapor, permite un &uncionamiento seguro y estable. El segundoproblema de seguridad se asocia con la polimerizaci*n altamente e>ot"rmica de

, ue se produce de dos maneras. En primer lugar, si este material se almacenasin aditivos apropiados, iniciaci*n por radicales libre entonces de la polimerizaci*npuede ocurrir. Esta situaci*n potencialmente desastrosa es discutido por urland y

ryant [1 . En segundo lugar, dimeriza cuando en altas concentraciones en lastemperaturas mayor ue 42 ; 9, y por lo tanto la mayor parte de la secuencia de

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posibles ue se pueden ser usados como la &ase orgánica en la separaci*nP altasolubilidad para y ba/a solubilidad para agua son deseables. lgunos e/emplos

incluyen acrilato de etilo, acetato de etilo, >ileno, diisobutil cetona, metil isobutilcetona, y diisopropil "ter $DH-E', ue se utiliza uí. )a &ase orgánica de

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0igura .4.1 nidad 1222+ )a producci*n de ácido acrílico de -ropileno -0D $El punto donde 9orrientes 1 y : se mezclancon la corriente para &ormar 9orriente G en realidad se produce dentro de !eactor !=1221'.

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.4.: 9in"tica de reacci*n y con&iguraci*n del reactor )as reacciones ue tienen lugar son controlados cin"ticamente a las condiciones

utilizadas en el procesoP es decir, el e uilibrio se encuentra muy a la derec#a. )acin"tica de reacci*n para el catalizador utilizado en este proceso se da acontinuaci*n+

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9@EM9 D y debe dar resultados razonables para proceso preliminar dise3o.Sran parte de la con&iguraci*n material de proceso y el proceso &ue tomada del

problema 1456 concurso para estudiantes H9#E en la re&erencia [ . )a cin"ticapresentan encima son &icticios pero debe dar estimaciones preliminaresrazonables del tama3o del reactor.

.4.G !e&erencias

. ;#rlan!/ 5. 5./ an! D. B. Bryant/ Shi%boar! Polymeri ation oA @crylic @ci!/1 Plant

Operations Progress 7/ no. 4 8: 203?20>.2. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 3r! e!./ 9ol. )ew or : 5ohn6iley an! Sons/ =8/ 330?3 4.3. Encyclopedia of Chemical Processing and Design e!. 5. 5. &c;etta an! 6. @.

#nningham/9ol. )ew or : &arcel De er/ 78/ 402?42=.4. Sa #yama/ S./ T. hara/ ). Shimi #/ an! ;. ;#bota/ @ )ew +i!ation Process Aor@crylic @ci! Arom Pro%ylene/1 Chemical Technology 5#ne 3/ 3 0.

.

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P!"D#CTI"N "F ACET"NE IA T*E DE* D!"2ENATI"N"F IS"P!"P ) A)C"*") 3IPA4 /1$ 0$ '$ % $ #NIT 11&&

El proceso predominante para la producci*n de acetona es como un subproductode la &abricaci*n de &enol. El benceno es al uilado a cumeno, ue se o>idaadicionalmente a #idroper*>ido de cumeno y &inalmente escindido para producir&enol y acetona. in embargo, el proceso se muestra en la 0igura .12.1 y a uíutiliza alco#ol isopropílico $H- ' como materia prima. Esta es una alternativacomercial viable, y algunas plantas contin(an operando ue utiliza este proceso.)a principal venta/a de este proceso es ue la acetona es producida libre decompuestos aromáticos traza, especialmente benceno. -or esta raz*n, acetonaproducto de H- puede ser &avorecida por la industria &armac"utica debido a lasrestricciones muy estrictas colocado en disolventes por la dministraci*n de

limentos y Medicamentos $0D '. )a reacci*n de producir acetona a partir de H-es el siguiente+

)as condiciones de reacci*n son típicamente de : bar y 2 ; 9, dando laconversi*n de un solo paso de 5 % =4:%.

.12.1 Descripci*n del -roceso

@aciendo re&erencia a la 0igura 12 1 una mezcla azeotr*pica de alco#ol

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0igura nidad .12.1 1122+ )a producci*n de acetona a partir de alco#ol isopropílico -0D

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Ta5la B.1&.' !esumen 6e ser7icios 6e la uni6a6 11&&

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9in"tica de reacci*n .12.:

)a reacci*n para &ormar acetona a partir de alco#ol isopropílico $isopropanol' esendot"rmica, con un calor normal de reacci*n de 6:,4 BC 8 mol. )a reacci*n secontrola cin"ticamente y ocurre en la &ase de vapor sobre un catalizador. )acin"tica de reacci*n para esta reacci*n es de primer orden con respecto a laconcentraci*n de alco#ol y puede ser estimada a partir de la siguiente la ecuaci*n[ , G +

En la práctica, varias reacciones secundarias pueden ocurrir en una pe ue3a

medida. -or lo tanto, trazas de propileno, "ter diisopropílico, acetalde#ído y otros#idrocarburos y *>idos de carbono se pueden &ormar [1 . )os no condensables seeliminan con el #idr*geno, y los alde#ídos y "teres pueden eliminarse con ellavado ácido o adsorci*n. Estas reacciones secundarias no están cuenta en estedise3o preliminar.

-ara el dise3o presentado en la 0igura .12.1, se simul* el reactor con catalizador en :=en tubos $ 2,G mm' de diámetro, cada uno de :2 pies $6,246 m' de largo, y

con un &lu/o a &avor de corriente de una media de trans&erencia de calor en el ladode la carcasa del reactor de carcasa y tubo. )a resultante disposici*n proporcionauna conversi*n de 42% de H- por pasada.

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.12.G !e&erencias

. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 3! e!./ 9ol. )ew or : 5ohn6iley an! Sons/ 78/ >

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9umeno nidad 522

ntecedentes

El cumeno $benceno isopropil' se produce #aciendo reaccionar propileno conbenceno. Durante la HH guerra mundial, cumeno &ue utilizado como un promotor deoctano para el combustible de aviaci*n motor de pist*n. ctualmente, la mayoríadel suministro mundial de cumeno se utiliza como materia prima para laproducci*n de &enol.

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