Ejemplo. Pirlisis de Benceno

El difenil (C12H10) es un importante producto intermedio industrial. Un esquema de produccin implica la deshidrogenacin piroltica de benceno (C6H6). Durante el proceso, tambin se forma trifenilo (C18H14) por una reaccin secundaria. Las reacciones son las siguientes: 1) 2C6H6 C12H10 + H2 2) C6H6 + C12H10 C18H14 + H2 Sustituyendo los IDs simblicos A = C6H6, B = C12H10, C = C18H14 and D = H2 3) 2A B + D 4) A + B C + D Murhpy, Lamb y Watson presentaron algunos datos de laboratorio que consideran estas reacciones realizadas originalmente por Kassell [2]. En estos experimentos, el benceno lquido fue vaporizado, calentado a la temperatura de reaccin y alimentado a un reactor de flujo pistn (PFR). La corriente de producto fue condensada y analizada para varios componentes. Los resultados estn tabulados en la Tabla 2. Tabla 2

Temperature (F) Flow rate (lbmole/hr)

yA yB yC yD

1400 0.0682 0.8410 0.0695 0.00680 0.0830 1265 0.0210 0.8280 0.0737 0.00812 0.0900 1265 0.0105 0.7040 0.1130 0.02297 0.1590 1265 0.0070 0.6220 0.1322 0.03815 0.2085 1265 0.0053 0.5650 0.1400 0.05190 0.2440 1265 0.0035 0.4990 0.1468 0.06910 0.2847 1265 0.0030 0.4820 0.1477 0.07400 0.2960 1265 0.0026 0.4700 0.1477 0.07810 0.3040 1265 0.0007 0.4430 0.1476 0.08700 0.3220 1265 0.0003 0.4430 0.1476 0.08700 0.3220

Datos adicionales A = C6H6 B = C12H10 C = C18H14 D = H2 Dimensiones del reactor: L = 37.5 in, D = 0.5 in. Leyes de velocidad

Constantes de velocidad de reaccin

Valores de los parmetros E1 = 30190 cal/mol A1 = 7.4652E6 lbmol/h-ft3-atm2 E2 = 30190 cal/mol A2 = 8.6630E6 lbmol/h-ft3-atm2 A = -19.76 A = -28.74 B = -1692 B = 742 C = 3.13 C = 4.32 D = -1.63E-3 D = -3.15E-3 E = 1.96E-7 E = 5.08E-7 P = 14.69595 psi R = 1.987 cal-mol-K Ejercicio Reproducir los datos presentados en la Tabla 2 para T = 1400 F and P = 1 atm usando Aspen Plus. Cul es la diferencia porcentual entre las fracciones molares experimentales y las obtenidas en la simulacin? Referencias [1] H.S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd ed., p.77-79, Prentice Hall, New Jersey, 1999.

[2] G.B. Murphy, G.G. Lamb, and K.M. Watson, Trans. Am. Inst. Chem. Engrs., (34) 429, 1938.

Tutorial Diagrama de flujo (Flowsheet) Empezaremos creando un diagrama de flujo adicionando desde la barra Model Library un reactor hacia el espacio de trabajo

Seleccione el smbolo de abajo a la izquierda despus de expandir los smbolos de RPLUG y colquelo en el centro de la ventana Process Flowsheet Window. Ahora Process Flowsheet Window debe tener un cono que representa su reactor de flujo de pistn, como se muestra en la siguiente imagen. En la terminologa de Aspen Plus esto es un bloque. Por lo tanto, es el nombre por defecto es B1.

Ahora seleccione STREAMS en la barra Model Library. Aspen Plus tiene tres diferentes categoras: Material, Heat y Work, como se muestra en la figura siguiente. Material Stream es el cono mostrado por defecto

Despus de seleccionar el cono Material Stream dibuje una lnea en el diagrama de flujo desde un punto a la izquierda del bloque B1 hacia B1. Se dar cuenta de que aparecen dos flechas resaltadas cuando se acerca al bloque. La lnea roja es la conexin de la alimentacin requerida para RPLUG. La lnea azul es una entrada opcional de fluido de calentamiento o de enfriamiento. Seleccione la flecha roja para conectar la corriente de alimentacin.

La corriente se nombra como S1 por defecto. Del mismo modo conecte corriente la de producto al bloque. Cuando haya terminado su diagrama de flujo debe parecerse a la siguiente imagen. Habr todava dos flechas azules resaltadas para los requerimientos de cargas de calor. Como estas corrientes son opcionales se puede proceder con la siguiente actividad. Ntese el cambio en el mensaje de estado de Flowsheet Not Complete a Required Input Incomplete. Al hacer clic en la flecha encima del icono de las corrientes, se ocultarn las flechas azules y le permitir mover libremente los iconos del diagrama de flujo y organizarlos a su gusto.

Tambin puede cambiar el nombre de los objetos que inserta en el diagrama de flujo. Para ello destaque el objeto al que desea cambiar el nombre y haga clic en el botn derecho del ratn. Un men pop-up se activar. Seleccione la entrada Rename Block en l. La siguiente imagen muestra el cambio de nombre operacin para el bloque B1.

Despus de renombrar la corriente S1 a FEED, la corriente S2 a PRODUCT y B1 a REACTOR el diagrama de flujo se ver como en la siguiente FIGURA. .

Si tuviera dudas de lo que sigue siempre se puede recurrir al botn NEXT. Este botn lo llevar a la siguiente parte de la especificacin o le indicar lo que falta de ella. En este punto sabemos que el diagrama de flujo est completo. Sin embargo, tambin sabemos que falta una parte de las entradas requeridas. Al hacer clic en el botn NEXT aparecer lo siguiente

Seleccin de Componentes Al hacer clic en Aceptar aparece la seccin Setup Specifications del Data Browser que nos permite elegir un sistema de unidades adecuado a nuestras necesidades

Seleccin de Componentes Al hacer clic en NEXT aparece la seccin Components del Data Browser. En esta pgina se elegirn todas las especies involucradas en el proceso, incluyendo los inertes. La forma de hacerlo es haciendo clic en el botn Find que aparece en la imagen de abajo y buscando el componente requerido ya sea por nombre o por su frmula. Adicionaremos el componente a nuestra simulacin haciendo doble clic en su nombre o haciendo clic en el botn Add.

El Component ID es esencialmente un alias para los componentes. Como los componentes con los que tratamos en este ejemplo son suficientemente simples usaremos sus frmulas como IDs . El procedimiento para hacerlo es el siguiente: primero seleccione el ID que quiere renombrar, al presionar y aparecer un cuadro de dilogo. Debemos hacer clic en el botn Rename . Esto es muy importante ya que si oprimimos Delete, modificaremos el nombre del componente en la bases de datos del simulador. El proceso de renombrar los IDs por un nombre ms familiar para nosotros se ilustra en las dos figuras siguientes

Note que aparece el smbolo sobre los crculos azules indicando que esta seccin est completamente especificada. Haciendo clic en NEXT nos llevar a la seccin de especificacin de propiedades. Especificacin de propiedades En esta seccin se establecen las propiedades de los diferentes componentes. Elegiremos la opcin Wilson salvo su mejor opinin. (Puesto que la presin es baja incluso podemos elegir la opcin Ideal).

Al hacer clic en NEXT aparecer el siguiente cuadro de dilogo. Oprimir OK, lo que nos llevar a la forma de especificacin de corrientes. Puesto que nuestro diagrama de flujo slo tiene una corriente de entrada, slo deberemos llenar una forma como esta. Las corrientes de salida no necesitan especificarse.

Especificacin de corrientes Suponemos que la corriente FEED slo consiste de benceno puro a la presin atmosfrica y 14000F

Especificacin de Bloques (REACTOR en nuestro caso) Supondremos una operacin isotrmica a las condiciones de entrada.

Y en seguida especificamos las caractersticas fsicas del reactor (L = 37.5 in y D = 0.5 in) en la pestaa Configuration.

Notamos que queda por especificar la pestaa Reactions.

Especificacin de las Reacciones Quimicas Para hacerlo debemos ir al rbol de la columna de la izquierda y dar clic en Reactions lo que nos llevar a la siguiente forma. En ella especificaremos el sistema de reacciones que se lleva a cabo en nuestro proceso. En nuestra simulacin tenemos cuatro reacciones (dos reacciones reversibles) que agruparemos en un solo sistema llamado R-1. Hacemos clic en New. Aceptamos el nombre R-1 y Elegimos la opcin POWERLAW. Hacemos clic en OK

Especificaremos las reacciones una a una con los siguientes parmetros: Componente (lo elegimos de entre una lista) Coeficiente (estequiomtrico con signo: negativo para reactivos y positivo para

productos) Exponente (en la expresin de velocidad de reaccin tipo Ley de la Potencia, por

ejemplo en la expresin rA = kCACB2 el exponente de A es 1 mientras que el de B es 2)

En seguida ingresamos los parmetros cinticos en la pestaa Kinetic. La constante de velocidad de reaccin especfica debe estar en unidades del sistema internacional. Puesto que las expresiones de velocidad de reaccin que tenemos est en trminos de presiones parciales, elegiremos Partial pressure en el espacio marcado con [C] basis. Hacemos esto con cada una de las cuatro reacciones.

Regresamos a la seccin de especificacin del reactor y elegimos el sistema de reacciones R-1 como parte de las especificaciones del reactor.

Al hacer clic en NEXT aparece el cuadro de dilogo siguiente indicando que todas nuestras entradas estn completas. Al hacer clic en Aceptar iniciaremos una corrida de simulacin.

Notamos dos detalles indicados por las flechas: la aparicin del smbolo sobre una carpeta azul que indica la existencia de resultados junto con el cambio de nota en el mensaje de estado de la simulacin a Results Available

Haciendo clic en NEXT nos llevar a revisar el Status de la corrida. Este debe estar marcado con el smbolo .

Resultados

Un anlisis de resultados para un reactor tubular se hace mejor mediante el seguimiento de su perfil de concentraciones a lo largo del reactor. Para dibujarlos abrimos el Plot Wizard en el men Plot de la barra en la parte superior de la ventana principal.

Con esto concluye este tutorial. Esperamos sea de su ayuda.