Reatores 2

Comportamento dinâmico de um CSTR com destilação reativa

Resumo

A principal questão relativa à análise da segurança de um equipamento, em que as reações químicas ocorrem, é o conhecimento da existência de estados múltiplos firme. A presença deste fenómeno reduz equipamento de operacionalidade e controlabilidade, particularmente durante a sua start-up. Múltiplo estados estáveis ​​foram encontrados no processo de destilação reactiva (RD), por exemplo em éter metil terc-butílico (MTBE) síntese. Análise de estado estacionário e simulação dinâmica de uma destilação reativa MTBE ter sido feito no presente trabalho. O modelo cinético de base de produção de MTBE foi aplicado para a simulação do processo num CSTR com condensador total. O comportamento de estado estacionário do sistema, foi estudada em termos de entrada parâmetros, isto é, caudal de alimentação de metanol, caudal de alimentação de hidrocarbonetos, razão de refluxo e taxa de aquecimento e de razão de hidrocarbonetos na alimentação. Foi estudado o comportamento dinâmico do sistema durante o start-up do CSTR com condensador total. Diferentes perturbações das variáveis ​​manipuladas foram encontrados para causar transições entre os estados estáveis ​​paralelas e estes também foram investigados utilizando simulações de dinâmicas.

1. Introdução

A tecnologia de integração de reatores com separadores tem feito um progresso significativo na última década. Estes processos têm muitas vezes uma melhor conversão e seletividade e menores custos de capital e operacionais do que o reator correspondente seguido por tecnologia de separação. Por esta razão, vários processos envolvendo a coluna de destilação reativa (RD) aplicações comerciais [1].Os benefícios de RD são evidentes e podem ser resumidas como se segue [2]:

(a) A simplificação ou eliminação do sistema de separação pode conduzir a poupanças de capital significativas.

(b) conversão melhorada de reagente de aproximadamente 100%. Este aumento na conversão dá um benefício na reciclagem reduzida despesas.

(c) Melhoria da seletividade. A remoção de um dos produtos a partir de A mistura de reação ou a manutenção de uma baixa concentração de um dos reagentes pode conduzir a uma redução das taxas de reações secundárias e, portanto, uma seletividade melhorada para o desejado produtos.

(d) reduziram significativamente a exigência de catalisador para a mesma grau de conversão.

(e) Prevenção de azeótropos. RD é particularmente vantajoso quando o produto do reator é uma mistura de espécies que pode formar várias misturas azeotrópicas com os outros. Condições Rd pode permitir que os azeótropos de ser "feitos reagir distância" num único recipiente.

(f) Redução subproduto formação.

(g) benefícios de integração de calor. Se a reação é exotérmica, o calor da reação pode ser usado para fornecer o calor de vaporização e reduzir o imposto reboiler.

(h) Prevenção de pontos quentes e fugitivos usando vaporização líquido como volante térmico.

Um exemplo bem conhecido deste tipo de processos é a produção de MTBE, ou substâncias mais ecológicos, por exemplo éter etil-butílico (ETBE). Processos de destilação reativa podem exibir uma variedade de fenómenos dinâmicos, no entanto, no de destilação reativa MTBE, várias pesquisas têm focado sua atenção em múltiplos estados estacionários [1-7].

A multiplicidade pode ter consequências graves de segurança, mas mais comumente problemas tecnológicos, por exemplo inferior conversão ou menor pureza dos produtos, que são conectados com a existência de múltiplos estados estáveis. Mohl et ai. [3] discutiu que a multiplicidade encontrado para um coluna de destilação reativa tem a mesma fonte que a multiplicidade encontrado para o reator de tanque com agitação contínua. Para isso razão, a coluna de uma etapa que consiste em um re-ebulidor e parcial um condensador total foi estudada no seu papel. Nossa atenção é também destina-se a um CSTR, tal com condensador total. No presente trabalho, a comportamento de estado estacionário de processos de MTBE foi estudada em termos da alimentação de parâmetros de entrada, como taxa de fluxo de metanol, alimentação taxa de hidrocarbonetos, razão de refluxo e taxa de aquecimento e relação de fluxo de hidrocarbonetos na corrente de alimentação. Para descrever a dinâmica de CSTR com um condensador total, um equilíbrio (EQ) matemática modelo foi desenvolvido. Diferentes perturbações das variáveis foram investigados para causar transições entre constante paralelo Estados e estes também foram simuladas.

A determinação e investigação da existência de múltiplos estados de equilíbrio é muitas vezes um processo muito complicado. O profissional HYSYS software de simulação integrada não é capaz para resolver os problemas de destilação reactiva, onde múltiplos firme estados ocorrer [7]. No nosso caso, os vários estados estavam estáveis determinado pelo software CONT apresentado na ref. [8]. CONT foi integrado no nosso programa, o qual é capaz de simular a estado estável e comportamento dinâmico de um CSTR com um total condensador.

Teorico

Modelo matemático

Equações de malha (saldos de materiais, líquido-vapor

Equações de equilíbrio, Somatórios fração molar e entalpia (H) saldos) [2], equações para o molar hold-up no CSTR e equações cinéticas são utilizados como as equações básica s para o modelo de um CSTR, tal como um condensador total (ver Fig. 1).

Modelo apresentado belowwas Amathematical desenvolvidos no âmbito seguintes premissas:

- Fase de equilíbrio ideal no reator (isto é equilíbrio líquido-vapor é atingida),

- O vapor e o líquido no reator e que sai do reator são perfeitamente mista e o líquido no reator tenha uma concentração igual à do líquido que sai do reator,

- Reações reversíveis proceder apenas na fase líquida e o seu curso pode ser descrito pelas equações cinéticas apropriadas,

- Volumétrico constante hold-up no CSTR,

- A espera-se por CSTR é igual ao líquido hold-up no CSTR (o vapor molar hold-up é negligenciável em comparação com o líquido molar hold-up),

- O molar hold-up no condensador total é negligenciável,

- Não há reação prossegue no condensador total, o refluxo do condensador total é devolvido para o CSTR a temperatura de condensação

[pic 1]

Modelos das equações

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