6. etileno, propileno y derivados

Tecnología Química Industrial
PROBLEMAS PROPUESTOS
6. ETILENO, PROPILENO Y DERIVADOS
6.1. La composición de los gases salientes del reactor de deshidrocloración de una planta
que produce 25.500 kg/h de VCM de alta pureza es la siguiente: EDC, 24,77 %; VCM,
36,93 %; C2H2, 0,45 %; HCl, 37,84 % (v). La totalidad del HCl y C2H2 se separan por
cabeza de una columna de destilación, en forma de una corriente que contiene el 0,5 %v
de VCM, que se introduce en el reactor de oxicloración. El EDC no reaccionado se separa
por cola de una segunda columna, reciclándose a la unidad de purificación previa de EDC.
Esta corriente de reciclo contiene un 0,26 %v de VCM, siendo el resto EDC.
Se pide: a) Calcular mediante balance de materia el flujo másico de HCl puro enviado a
oxicloración y el de EDC entrante en la deshidrocloración. Determínese también la
conversión del EDC en el reactor de deshidrocloración y la selectividad de la
transformación a VCM. b) Calcular la cantidad de calor que debe transferirse a través de
los tubos del reactor de deshidrocloración sabiendo que el EDC puro se alimenta
vaporizado a 270 ºC y que la temperatura de salida del reactor es de 400 ºC. Los calores de
reacción a 25 ºC son los siguientes:
C2H4Cl2 (liq) → C2H3Cl (g) + HCl (g)
C2H3Cl (g) → C2H2 (g) + HCl (g)
∆H = 26,6 [kcal/mol]
∆H = 18,0 [kcal/mol]
Datos:
•
•
Calor latente del EDC a 82ºC = 7,65 [kcal/mol]
cp medios [cal/mol ºC]:
EDC (liq) (25 a 100ºC) = 30,7
HCl (gas) (25 a 350ºC) = 6,7
EDC (gas) (25 a 100ºC) = 20,1
VCM (gas) (25 a 300ºC) = 15,7
EDC (gas) (25 a 300ºC) = 22,7
VCM (gas) (25 a 400ºC) = 16,3
EDC (gas) (25 a 400ºC) = 23,8
C2H2 (gas) (25 a 350ºC) = 11,7
a) Calcular mediante balance de materia el flujo másico de HCl puro enviado a
oxicloración y el de EDC entrante en la deshidrocloración. Determínese también la
conversión del EDC en el reactor de deshidrocloración y la selectividad de la
transformación a VCM.
En el esquema del proceso de producción de VCM, el presente apartado se refiere a la etapa de
pirólisis del EDC, en el cual tiene lugar la siguiente reacción:
2 ClCH2CH2Cl → 2 CH2=CHCl + 2 HCl
1
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PROBLEMAS PROPUESTOS
x
HCl
C2H2
VCM
y
0,5 %v
3
4
VCM
25500 [kg/h]
1
2
HCl
VCM
EDC
C2H2
37,84
36,93
24,77
0,45
5
EDC
VCM
0,26 %v
Tomando 100 kmol de corriente 2 como base de cálculo, el balance de materia queda:
[kmol]
EDC
VCM
C2H2
HCl
2
24,77
36,93
0,45
37,84
3
VCM(3)
0,45
37,84
4
VCM(4)
-
5
24,77
VCM(5)
-
Como la corriente 3 contiene un 0,5 %v de VCM:
VCM(3) = 0,005·(37,84 + 0,45 + VCM(3))
VCM(3) = 0,1924 [kmol]
Como la corriente 5 contiene un 0,26 %v de VCM:
VCM(5) = 0,0026·(24,77 + VCM(5))
VCM(5) = 0,0646 [kmol]
Y en la corriente 4 quedará el resto de VCM:
VCM(4) = VCM(2) – VCM(3) – VCM(5) = 36,67 [kmol] = 2.292 [kg]
Como se dice que la producción de VCM de la planta es de 25.500 kg/h, la corriente 2
real será:
25.500 ⋅
100
= 1.112, 5 [kmol/h]
2.292
De manera que el balance queda como:
[kmol/h]
EDC
VCM
C2H2
2
275,6
410,9
5,0
3
2,1
5,0
4
408
-
5
275,6
0,7
-
2
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HCl
TOTAL
PROBLEMAS PROPUESTOS
421,0
1.112,5
421,0
428,1
408
276,3
Para el cálculo de la conversión y la selectividad, las reacciones implicadas son:
ClCH2CH2Cl → ClCH=CH2 + HCl
ClCH=CH2 → C2H2 + HCl
Por lo tanto, el EDC a la entrada del reactor (corriente 1) será:
VCM(2) + EDC(2) + C2H2(2) = 691,4 [kmol/h]
La conversión de EDC en el reactor de deshidrocloración es:
 EDC (1) − EDC ( 2) 
·100
EDC (1)


α = 60,14 %
α =
La selectividad de la transformación a VCM:


VCM ( 2)
SEL = 
·100
 EDC (1) − EDC ( 2) 
SEL = 98,8 %
b) Calcular la cantidad de calor que debe transferirse a través de los tubos del reactor de
deshidrocloración sabiendo que el EDC puro se alimenta vaporizado a 270 ºC y que la
temperatura de salida del reactor es de 400 ºC.
Se realiza un balance de energía al horno:
m1·h1 + Qhorno = m2·h2 + HR1 + HR2
Respecto a la corriente 1, se indica que el EDC puro se alimenta vaporizado a 270 ºC, y
además figura como dato su calor latente:
h1 = Cp(EDCg)·(270 – 82) + l82 + Cp(EDCl)·(82 – 25)
m1·h1 = 9,45·106 [kcal/h]
Por otro lado, se sabe que la temperatura de salida del reactor (corriente 2) es de 400 ºC:
h2 = EDC(2)·{Cp(EDCg)·(400 – 82) + l82 + Cp(EDCl)·(82 – 25)} +
+ VCM(2)·Cp(VCM)·(400 – 25) + C2H2(2)·Cp(C2H2)·(400 – 25) +
+ HCl(2)·Cp(HCl)·(400 – 25)
m2·h2 = 8,27·106 [kcal/h]
Para la reacción 1:
C2H4Cl2 (liq) → C2H3Cl (g) + HCl (g)
∆H = 26,6 [kcal/mol]
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PROBLEMAS PROPUESTOS
HR1 = EDC(R1)·∆H1
EDC(R1) = VCM(2) + C2H2(2)
HR1 = 1,11·107 [kcal/h]
Para la reacción 2:
C2H3Cl (g) → C2H2 (g) + HCl (g)
∆H = 18,0 [kcal/mol]
HR2 = VCM(R2)·∆H2
VCM(R2) = C2H2(2)
HR2 = 90.115 [kcal/h]
Sustituyendo en el balance de energía, queda:
Qhorno = 9,97·106 [kcal/h]
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