C H Cl C H Cl HCl + → + k = 24.0 (atm·h)

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍAS QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
SEMESTRE ENERO-JUNIO 2006
Simulación de Procesos
Titular: Dr. Carlos Francisco Cruz Fierro
CHEMCAD – Ejercicio 7
Optimización Paramétrica y Análisis de Sensitividad
OBJETIVO
Familiarizarse con los análisis de optimización y sensitividad en CHEMCAD.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Benceno y cloro a 55°C y 2 atm se alimentan a un reactor isotérmico de flujo tapón, donde reaccionan
para formar clorobenceno.
El clorobenceno puede continuar reaccionando con cloro para formar
o-diclorobenceno, que es un producto no deseado. Las reacciones y sus constantes de velocidad* son:
C6 H 6 + Cl2 → C6 H 5Cl + HCl
-1
k1 = 24.0 (atm·h)
C6 H 5Cl + Cl2 → C6 H 4Cl2
k2 = 3.0 (atm·h)-1
benceno
clorobenceno
clorobenceno
o-diclorobenceno
+ HCl
Si se alimenta 1 kmol/h de benceno, determinar la alimentación requerida de cloro y el volumen
del reactor de tal forma que se maximice la cantidad de clorobenceno producida.
Efectuando un análisis de sensitividad con respecto a estos dos parámetros, verificar las condiciones
encontradas por optimización. ¿Corresponderán estas condiciones al óptimo económico?
COMENTARIOS
CHEMCAD puede efectuar optimizaciones paramétricas variando propiedades de las corrientes de
alimentación y/o condiciones de diseño/operación de los equipos involucrados. Sin embargo, la función
objetivo está limitada también a una propiedad de una corriente o a una condición de un equipo. Para la
reacción que nos ocupa, la selectividad total del clorobenceno es:
Sclorobenceno =
moles de clorobenceno formado
moles de o - diclorobenceno formado
Generalmente, es más importante mantener una alta selectividad, incluso si el número total de moles
producidos no es el máximo, debido a la reducción en los costos de separación de los productos.
Desafortunadamente, CHEMCAD no proporciona una forma de optimizar un parámetro compuesto como la
selectividad.
*
k1 / k2 = 8.0 a 55°C, de acuerdo a Smith (“Ingeniería de la Cinética Química”, capítulo 2) quien cita a MacMullin,
Chem Engr Progr 44 (1948) p. 183. Dado que el propósito de este ejercicio es ilustrar cómo encontrar el óptimo, que
depende de
k1 / k2 , se tomaron valores arbitrarios de las constantes de velocidad, pero manteniendo su proporción.
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Adicionalmente, el análisis de sensitividad disponible en CHEMCAD sólo automatiza el cálculo de una
función objetivo para varios valores de una o dos variables tomadas como parámetros. El usuario deberá,
por sus propios medios, evaluar qué tanto varía esta función objetivo con respecto a cambios en los
parámetros (qué tan “sensible” es), en especial cerca del punto óptimo.
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