DESALQUILACIÓN DEL TOLUENOEste estudio ilustra un caso donde los datos de planta piloto indicada en el rango de temperatura de las tasas de práctica. Cálculos de diseño que se realizan en este nivel con el fin de seleccionar una base de diseño.

Planteamiento del problema• Diseño de un reactor no catalítico para producir 82,000

galones / día (25.000 kg / hr) de benceno hidrodesalquilación térmica de tolueno. El hidrógeno está disponible en otra unidad a 600 psig y 80 ° F. La alimentación tolueno normalmente será esencialmente pura, pero pueden estar contaminados con hidrocarburos parafínicos .

Química• Además de la reacción primaria se presentan un número

de posibles reacciones

• Estos incluyen la hidrogenación de benceno y tolueno a cicloparafinas hidrocraqueo de parafina, y la reacción de benceno y tolueno a difenilos diversos. 

• Un mecanismo de radicales libres que se ha sugerido.

Los  hidrocarburos saturados que están presentes son termodinámicamente favorecidos para el hidrocraqueo de CH4 y los de C6 y por encima de hacerlo muy rápidamente con efectos de alta temperatura. El éxito del proceso depende de la prevención de la hidrogenación de benceno, del ciclohexano a los efectos del calor y alto hidrocraqueo que podría ocurrir en impurezas saturadas o ciclohexano producido en el reactor. Ciclohexano, si los productos no son hidrocraqueados pueden contaminar benceno debido a su punto hirviendo .

Termodinámica• Los calores para la reacción principal y los datos de

capacidad calorífica se trazan en fig.CS-4.1 y CS 4.2 y calores de reacción a 800 ° K para varias reacciones en general se presentan en la Tabla CS-4.1. Restricciones de equilibrio para las principales reacciones generales se representan en la tabla en la fig. CS-4.3. Claramente, las temperaturas por encima de 800 ° F son necesarias para evitar la hidrogenación de tolueno y benceno. Se sabe que estas reacciones de hidrocraqueo son muy rápidas.Debido al bajo valor de las constantes de equilibrio para las reacciones secundarias, las altas temperaturas no fomenta la formación de cantidades excesivas de bifenilo, difenil metilo y dimetil difenilo, y las cantidades de equilibrio se puede reducir en un aumento de la presión parcial de hidrógeno (3,4)

• A pesar de la constante de equilibrio para la disminución de la reacción principal, con aumento de la temperatura, su valor es tal que el benceno es todavía muy favorecido en las temperaturas más altas .Los gases se comportan idealmente como determinado por los cálculos críticos. Ambos coeficientes de fugacidad y la compresibilidad tienen valores de la unidad.La CinéticaLos primeros pasos de varios de los mecanismos de radicales libres se puede racionalizar en forma empírica de la desaparición de tolueno. (1.5)

•                                                     Cuando es la concentración de tolueno y es la concentración de de

•

Los datos de velocidad en el rango de interés comercial rendimiento de los siguientes (69)

• El precio de las ecuaciones de las reacciones secundarias no se han reportado, pero los resultados de planta piloto en 1300 ° F y 600 psi indican que el equilibrio se alcanza para la difenilos diversos. El importe total de los subproductos formados es inversamente proporcional a las relaciones de hidrotolueno.La selectividad al benceno es de 98% en las conversiones hasta el 75% y porcentajes hidrogeno-tolueno por lo menos de 2:1. (3, 4)

• Debido a la aparente equilibrio de difenilos, ventajoso para reciclar difenilos para reducir el consumo neto de tolueno y benceno con estos productos de la reacción de lado.

Tipo de reactor

Puesto que el factor adiabática y el potencial de generación de calor son modestas , este será seleccionado. Debido a la posibilidad de contaminación parafínicos, las entradas se instalarán a lo largo del reactor para apagar variaciones de temperatura causado por hidrocraqueo de parafina. Para un reactor de flujo en pistón se requiere el menor volumen.

Condiciones de funcionamiento

Presión, temperatura, y las conversiones son seleccionados sobre la base de datos termodinámicos y cinéticos junto con los datos de planta piloto.

Presión• Las conversiones de equilibrio de las reacciones

importantes no se ven afectadas por la presión, pero esta incrementará la velocidad y reducirá el tamaño del equipo. Dado que el hidrógeno está disponible a 600 psi, una presión de 50 psi menos, para el horno y, se seleccionarán (550 psig).

• Conversión y hidrogeno-tolueno• Una conversión del 75%, 98% de selectividad, y una relación de

hidrogeno-tolueno(b), del 2 son seleccionados lo más coherente con los datos de planta piloto.

• Temperatura.•

Los datos de la planta piloto indican temperaturas de funcionamiento es el rango de 1150-1350 ° F puede ser de este rango investigado. En este rango con acero al carbono y de hidrógeno presentes la mayoría de los aceros de aleación baja y media no se puede utilizar. Un refractario-reactor con camisa debe ser especificado con un forro interior de protección de acero inoxidable. Una temperatura máxima de 1500 ° F por lo tanto se establecerá con algo en el de 1400 ° F de ser un límite mínimo de funcionamiento normal.

Diseño de reactores• En el rango de temperatura de interés del balance de

energía sobre la base de higos. CS-4-2 y CS 4.3 está bien representada de la siguiente manera:

Balance del tolueno

Donde b es la relación hidrogeno-tolueneo, Donde b es la relación hidrogeno-tolueno, es la conversión de tolueno, F_Toes la velocidad de avance de tolueno, moles lb / seg.es la conversión de tolueno, es la velocidad de avance de tolueno, moles lb / seg.

• Para las estimaciones rápidas de este sistema analítico integrar la ecuación. CS-4-3. Usando kp evaluado en (1/T)=.

• Ya que para DT de conversión del 75% = (292) (.75) = 219, la temperatura de entrada máxima debe ser 1400-219 = 1181 o alrededor de 1200 ° F. Casos en 1150 y 1200 ° F se calcularon y se resumen en la tabla CS-4.2.

•  Con referencia a esta tabla se observa que las fluctuaciones de presión no tienen mucho efecto. No es práctico usar los valores de L / D de 100, por la longitud sería demasiado grande. Desde los 3ft-0 pulgadas de tamaño ID permite más espacio para la instalación y reparación de revestimiento refractario, que serán seleccionados.

El diseño final• Dos reactores verticales, 3ft -0 in.ID pies x 43 pies

conectados en serie y forrado con material refractario con el tipo de protección de línea 347 de acero inoxidable interior. Fuera depósito deberá ser de acero de baja aleación para la protección contra fugas de material refractario. Pinte con pintura sensible al calor, y aislar la parte exterior únicamente cuando la protección del personal requiere. Instale entradas apagar a lo largo de la talla de 5 pies, 10 pies y 30 pies, respectivamente, de cada uno.

Pérdida de carga• La caída de presión en las secciones del reactor será

insignificante, y un número de Reynolds en la turbulenta.

Hidrógeno que puede reciclar los costos de operación del compresor por lo tanto se reduce al mínimo.Estimación de la incidencia de la dispersión en la conversiónestá en la región turbulenta. Por lo tanto (= 4).•  Como un uso eficaz de aproximación L / D = 43 / 3 = 14

• De la ecuación. 10.35, p 486

Diagrama de flujo de la planta de hidrodesalquilación de tolueno