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Grupo 11: Lida Marcela Mesa Ruíz-
María Camila Suárez Gámez-
TAREA 14
Objetivos:
En el simulador de Aspen:
- Realizar la optimización del reactor de Estireno variando la relación de flujos
Vapor/Etilbenceno, maximizando la conversión.
- Maximizar la conversión de Estireno variando la temperatura de entrada,
- Maximizar la conversión de Estireno variando la temperatura de entrada y la relación
de flujos Vapor/Etilbenceno.
Desarrollo
Para llevar a cabo las optimizaciones, primero se deben tener las sustancias involucradas y elegir un método, en este caso las sustancias que se agregan son: etilbenceno, estireno, hidrógeno, tolueno, benceno, etileno y metano usando el método de Peng Robinson. Teniendo ya las sustancias se procede a construir el reactor PFR en el ambiente de simulación.
Se define la corriente de entrada, como la corriente de mezcla entre el flujo de vapor y el etilbenceno con las condiciones de la tarea 9 como se muestra a continuación (usando una relación de flujos entre Vapor/Etilbenceno de 14,5).
Figura 1. Definicion de la corriente de entrada al reactor
Teniendo la corriente de alimento al reactor se procede a definir el reactor, este también con las mismas dimensiones del reactor de la tarea 9, es decir un reactor adiabático de 10 m de longitud y un diámetro de 1,12837 m. Para introducir la cinética a este, se utilizan las siguientes reacciones:
Como se ve, la primera reacción es una reacción de equilibrio. Para construir esta reacción, y las otras dos se usan los parámetros cinéticos calculados previamente en la tarea 9.
Teniendo el sistema de reacciones, pueden verse los resultados en la corriente de salida y verificar que se está obteniendo la misma conversión que se obtenía en HYSIS.
Debido a que ya se tiene el sistema reaccionando, es posible realizar las 3 optimizaciones pedidas, para esto se utiliza la opción Optimization anidada en Model Analysis Tools del menú desplegable en la parte izquierda del simulador. Debido a que no es posible seleccionar la conversión como una variable directa en el optimizador, esta se calcula de la siguiente manera:
Para la optimización se tiene el flujo de estireno como variable indirecta para evaluar la conversión, por esto al definirse las optimizaciones se busca maximizar este flujo. Entonces se definen el flujo de entrada y salida del etilbenceno como FIN y FOUT en la pestaña del optimizador, se maximiza el flujo de estireno FESTIREN y se varía la temperatura de la corriente de alimento al reactor, el flujo de vapor de agua de la corriente de entrada (pues este es una medida indirecta de la relación de flujos Vapor/Etilbenceno) o ambos, según sea el caso.
En el simulador se realizaron las tres optimizaciones teniendo que: O1: Maximizar el flujo de estireno variando el flujo de agua y la temperatura de entrada O2: Maximizar el flujo de estireno variando la temperatura de entrada O3: Maximizar el flujo de estireno variando el flujo de agua
En las siguientes figuras se muestra la definición de la optimización:
Los resultados de cada optimización se muestran a continuación:
Tabla 1. Resultados de las optimizaciones
Las conversiones se calculan de acuerdo a la ecuación 1, sabiendo que el flujo de entrada de etilbenceno es de 12,384 kmol/h.
Las relaciones molares de flujo que se obtienen son:
Tabla 2. Relaciones de flujo Vapor/Etilbenceno para las diferentes optimizaciones
Optimización Relación flujos Vapor/Etilbenceno O-1 32, O- O-3 32,
Optimización Flujo estireno (kmol/h) Temperatura (°C) Flujo de agua (kmol/h) Conversión (%) O-1 8,5866 711,636 397,63 69, O-2 8,5858 713,379 69, O-3 8,5864 401,891 69,
Conclusiones
- Los valores de las conversiones para las optimizaciones realizadas dependen
de las reacciones, y estas de como se defina la cinética.
- Al realizar la optimización del reactor de estireno en diferentes simuladores se
obtienen resultados muy similares
- Al igual que en HYSIS la mayor conversión se obtiene al cambiar
simultáneamente la temperatura de entrada al reactor y la relación de flujos de
Vapor/Etilbenceno.
