UNIVERSIDAD AUTONOMA DELESTADO DE MORELOS

Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería

MATERIA: DISEÑO DE PLANTAS DE PROCESO

Bermúdez Domínguez José RobertoAranda Mazari Hector

Bustamante Valles Claudia Brenda

“DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA HIDRODESALQUILACIÓN DE TOLUENO”

Tolueno e hidrógeno llevan a cabo la siguiente reacción:C7H8 + H2 C6H6 + CH4

Para obtener benceno y metano. La reacción no se completa.Elaborar Diagrama de Flujo de Proceso.

INFORMACIÓN BÁSICA DE LA REACCIÓNA altas temperaturas el hidrógeno consigue separar el grupo metil del tolueno formando metano y benceno.Los datos de laboratorio indican que a temperaturas entre 600-700 °C, la reacción tiene una conversión aproximadamente del 75% del tolueno convertido en benceno.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Y EQUIPOS

Comenzamos con dos corrientes de alimentación al proceso: tolueno e hidrógeno, que se mezclarán, y dichas corrientes se juntaran formando una mezcla, esta mezcla bifásica se introduce en una etapa de calentamiento. En este proceso se supone que las corrientes de entrada de tolueno e hidrógeno están a una presión elevada, por lo que se debe de contar con sensores de presión, y válvulas de seguridad.

Para la etapa de calentamiento se coloca un intercambiador de calor en donde la mezcla se precalienta y se vaporiza completamente. Después la mezcla pasara por un calentador para terminar de elevar la temperatura.

Posteriormente la corriente es envía al reactor. Tomando en cuenta que la reacción es exotérmica, por lo que se necesita que el reactor cuente con un sistema de control de temperatura, se puede hacer pasar una corriente fría por el reactor.

A la salida del reactor el flujo pasara por un intercambiador de calor, un enfriador para poder disminuir un poco la temperatura y en seguida hacerlo pasar por un separador de gas.

Del separador obtenemos dos corrientes, la de mezcla de gases y la de líquido. La mezcla de gases es separada en dos corrientes, una seria la salida, por donde obtenemos metano y la otra será introducida en un compresor para que pueda ser recirculada hacia el reactor. En cuanto a los líquidos son enviados a una columna de destilación.

A la salida de cabezas de la columna de destilación se encuentra un (intercambiador de calor) condensador, el cual hará que se condense el benceno, y será nuestra salida de benceno. En cuanto a las colas en la columna es recircula hacia este mismo.

DIAGRAMA DE FLUJO

V-001; corresponde al tanque de almacenamiento de tolueno.P-001; Bomba para la corriente de entrada de tolueno.E-001; Intercambiador de calor para calentar la mezcla bifásica.E-002; Enfriador de la corriente a la salida del reactor.E-003; Condensador de benceno, a la salida de la columna de destilación.H-001; Calentador para la mezcla bifásica.R-001; Reactor.V-001; Separador.C-001; Compresor de gases.T-001; Columna de destilación.

Cálculo de la cantidad de Hidrógeno en la mezcla de gases a la salida del separador:C7H8 + H2 C6H6 + CH4

MASAS A LA ENTRADA: 50kg H2

2000kg C7H8

Pesos Moleculares:92 kg/mol C7H8

2 kg/mol H2

78 kg/mol C6H6

16 kg/mol CH4

kmolC7H 8=2000kg

92kg /kmol=21.74 kmol

kmol H 2=50kg

2kg /kmol=25kmol

De acuerdo a la salida del separador, salen 160kg de metano, que equivale a 10kmol, por lo que este valor se ocupara para calcular el porcentaje de reacción, ya que tenemos21.74kmol de tolueno, el cual nos debería de producir 21.74kmol de metano, como no es así, tenemos que: 1kmolC7H 8→1kmoldeCH 4

21.74 kmolC7H 8→21.74 kmolCH 4→100 %

10kmolCH 4→x=46 %

Van a reaccionar 46% del tolueno, es decir: (0.46)(21.74kmol)= 10 kmol, mismos que serán nuestra base de cálculo. 1kmolC7H 8→1kmolde H 2

10kmolC7H 8→10kmol H 2

∴H 2=25kmol→10kmol=15kmol

∴ A la salida del separador tenemos 30kg de H2

A la salida del reactor tenemos:1kmolC7H 8→1kmoldeC6H 6

10kmolC7H 8→10kmolC6H 6=780kg

Y de tolueno: 21.74kmol - 10kmol = 11.74kmol= 1080 kg.El tolueno y benceno (C6H6) que salen del reactor, es la misma cantidad que sale del separador.

A la salida del destilador, por la parte superior salen 700 kg de benceno, por lo que en la parte inferior salen: 780kg - 700kg = 80 kg, y todo el tolueno que entra sale por la parte inferior, es decir 1080kg.