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• Fernanda Salazar

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Ejemplo 13-3. Wenner y Dybal han estudiado experimentalmente la deshidrogenación catalítica del etilbenceno y han encontrado que con cierto catalizador, la velocidad puede representarse por la sig. reacción: C6H5C2H5 ---> C6H5CH=CH2 + H2 La velocidad total corresponde a: 6600tán29a5660

6600tán28a5660 66026tán28a 6600tán27a5660

Las constantes de velocidad especifica de reacción y de equilibrio son:

t, °C 400 500 600 700

t, °K

1/T 0.00148588 0.00129366 0.00114548 0.00102775

673 773 873 973

K eq 0.0017 0.025 0.23 1.4

ln K

6600tán26a5660

ln K -6.377127 -3.6888795 -1.469676 0.3364722

6600tán22a5660 6600tán21a5660

1661.67 °R 923.15

Densidad global del catalizador tal como está empacado (lb/f3)=

90

Presión promedio en los tubos del reactor (atm) =

1.2

Calor de reacción DH lb)=

(Btu/ mol

Temperatura de medio circulante(°K)=

t, °C 400 500 600 700

60000 294

Solución: La reacción es endotérmica, por lo que es necesario suministrar calor para mantener la temperatura. En este problema, la energía se adiciona agregando vapor a 625°C a la alimentación. En el ej. 13-4 se usa otro enfoque transfiriendo calor a los alrededores para el mismo sistema de este caso. La operación es adiabática, por lo que se puede aplicar la Ec. (13-23) con: Con: Para etilbenceno

Xf=

0 Para H2O F (mol lb/h)=

270

PM= 0.52 PM= 106 Entonces la capacidad calorifica de la mezcla reaccionante será:

18

F (mol lb/h)=

CP=

13.5

6600tán24a5660 6600tán23a5660

DATOS: T de alimentación de la mezcla que entra al reactor (°K) =

6600tán25a5660

(A)

3271.32 Btu/h°F

Tabla 13-1. Datos para la con

Sustituyendo los valores númericos en la Ec. 13-23 se obtiene:

T-1616= -247.60647 x

(B)

La Ec. (12-2), escrita en forma diferencial, con el peso del catalizador expresado como:

, donde Ac es el área de la sección transversal, es: 0.01193659 dx rp donde Ac=

12.5664 f

(C')

Modelo de Runge- kutta (ADIAB

4 2

Diámetro (f)=

r=

Las presiones parciales pueden expresarse en términos de la conversión, en la sig. forma. A cualquier conversión de x, las moles de cada componente son:

Vapor de agua=20 Etileno=1-x Estireno=x Hidrógeno=x Total= 21+ x

Por lo que:

La velocidad de la reacción resulta 1445°R (803°K) según se determina profundidad de lecho de 3.8 f par

Entonces la ecuación de la velocidad se transforma en:

o, utilizando la expresión de k determinada por Wenner y Dybal, (D)

Sustituyendo este valor de rp en la Ec. C, da una expresión para la profundidad del lecho catalizador en términos de la conversión y la temperatura, (E´)

Por lo tanto, se requerirán dos tubps d producir 15 ton de esti

1 / T vs ln k 6600tán29a5660 6600tán28a5660 f(x) = - 14651.0258330539x + 15.340986883 66026tán28a5660 66044tán28a5660 6601tán28a5660 66018tán28a5660 R² = 0.99951904 6600tán27a5660

ln K

6600tán26a5660 6600tán25a5660 6600tán24a5660 6600tán23a5660 6600tán22a5660 6600tán21a5660

1/T

t, °K

t, °R

673 773 873 973

1211.4 1391.4 1571.4 1751.4

1/T 0.0014858841 0.0012936611 0.0011454754 0.0010277492

t, °R 1211.4 1391.4 1571.4 1751.4

ln k -6.37712703 -3.68887945 -1.46967597 0.336472237

Temperatura:

K eq 0.0017 0.025 0.23 1.4

ln K -6.377127 -3.6888795 -1.469676 0.3364722

1661.67 °R

X

Y

Err:501

-1.46967597

Err:501

0.3364722366

V.D = -0.5638926 K= 0.56898987

Tabla 13-1. Datos para la conversión de etilbenceno a estireno en un reactor adiabático. Conversión 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.62 0.69

Temperatura °R 1616 1591 1566 1542 1517 1492 1480 1467 1462 1445

°C 625 611 597 584 570 556 549 542 539 530

Profundidad del lecho catalizador, f 0 0.4 0.96 1.75 2.93 4.95 6.3 10 13 inf.

Modelo de Runge- kutta (ADIABATICO)

La velocidad de la reacción resulta cero a una conversión aproximada de x=0.69 y auna temperatura de 1445°R (803°K) según se determina con las Ecs. (B) y (D). De la Fig. 13-6 se encuentra que se requiere una profundidad de lecho de 3.8 f para obtener una conversión de 45%. La producción de estireno en cada tubo del reactor sería:

Por lo tanto, se requerirán dos tubps de 4 f de diámetro empacados con catalizador hasta una altura de 3.8 f para producir 15 ton de estireno crudo por día. La masa de catalizador que se necesita es:

Por lo tanto, se requerirán dos tubps de 4 f de diámetro empacados con catalizador hasta una altura de 3.8 f para producir 15 ton de estireno crudo por día. La masa de catalizador que se necesita es: