Nivel 3: ESTRUCTURA DE RECICLO DEL FLOWSHEET

La distribución del producto domina el diseño y por ello el sistema de reactores es importante estudiar.

3.1 Las decisiones que se deben tomar en este nivel son:

1. ¿Cuántos sistemas de reactores se requieren? y si2. ¿Existen sistemas de separación entre reactores?3. ¿Cuántos flujos de reciclo se requieren?4. ¿Deseamos un exceso de reactivos a la entrada del reactor?5. ¿Se requiere un compresor de gas? ¿Cuál es su costo?6. ¿Debe operar el reactor adiabáticamente, con calentamiento directo o enfriamiento, o

se requiere un diluyente o portador de calor?7. ¿Deseamos mover la ecuación de equilibrio? ¿Cómo?

3.1.1 Número de sistemas de Reactores Se utiliza un sistema de reactores, cuando las reacciones se producen a diferentes temperaturas o presiones y si se requieren catalizadores diferentes.

Ejemplo: Producción de anhídrido Acético

Acetona Queteno + CH4 Queteno CO +1/2C2H4

Queteno + ácido acético Anhídrido Acético 80ºC y 1atm

3.1.2 Número de flujos de Reciclo

Se asocia las corrientes de alimentación con el número de reactor en donde los componentes reaccionan o son reactantes.

De forma similar se pueden evaluar los componentes en corrientes de reciclo con el numero de reactantes en donde los reactantes reaccionan.

Para asociar las corrientes, se elabora una lista de los componentes que salen del reactor luego se ordena por su punto de ebullición normal y se indica el numero de reactor y el código de destino para cada flujo de reciclo

A continuación se agrupan los componentes que tienen puntos de ebullición cercanos si tienen el mismo reactor como destino

Luego: Nº de flujos de reciclos = Nº de grupos formados

Regla Heurística: “No es conveniente separar los componentes, luego mezclarlos a la entrada del reactor”.

3.1.2.1 Reciclo Gaseoso

Se reciclan los componentes gaseosos si tienen su punto de ebullición menores a -47ªC (punto de ebullición del propileno). El reciclo gaseoso es estudiado con mayor frecuencia

700ºC y 1atm

por que utilizan equipos como: compresores, hornos, columna de destilación, etc. Los cuales son más costosos.

3.1.2.2 Reciclo Liquido

No se estudia en diseño preliminar por los costos de los equipos son de menor costo (bombas, tuberías, etc.)

Ejemplo 1: Considerar los siguientes componentes y sus destinos los cuales están ordenados de acuerdo a su punto ebullición.

A.- Subproducto residual AB.- Subproducto residual B C.- Reactivo-reciclar a R1 C (Reactor1)D.- Subproducto combustible DE.- Subproductos combustible EF.- Producto primario FG.- Reactivo-Reciclar a R2 GH.- Reactivo-Reciclar a R2 H I.- Reactivo-Reciclar a R1 I (Reactor 1)J.- Subproducto Valioso J

Ejemplo 2: Producción de anhídrido acético

Acetona Queteno + CH4 Queteno CO + 1/2C2H4

Queteno + Ácido Acético Anhídrido Acético 80ºC y 1 atm

Componente Punto de Ebullición ºC Código de DestinoCO -191 CombustibleCH4 -161 CombustibleC2H4 -104 CombustibleQueteno -42 Reactivo inestable-conversión completaAcetona 50 Reactivos-reciclan a R1-liquidoÁcido acético 118 Reactivo Reciclan a R2-liquido

Reciclo ácido acético

ReactorR1

ReactorR2

Alimentación de ácido acético

Reciclo acetona

Alimentación de acetona

G+H (Reactor 2)

3 flujos de reciclo

4 flujos de producto

A+B

D+E

700ºC y 1 atm

Anhídrido acético 139 Producto primario

Existen dos flujos de productos:1.- CH4 + CO + C2H4

2.- Anhídrido acético

Existen dos flujos de reciclas líquidos1.- Acetona reciclan a R12.- Ácido acético a R2