9.  Estudio de Casos

9.1 Obtención de Ciclohexanona

El Problema es para evaluar la posibilidad de construir una planta para convertir Ciclohexanol (Cyclohexanol) a  Ciclohexanona (Cyclohexanone). Es necesario un reporte preliminar el cual resuma El proceso de Diseño, los requerimientos de capital y costos de Operación y la rentabilidad económica.

Una compañía química grande tiene un exceso de capacidad instalada de aproximadamente 10 millones de libras por año de cyclohexanol. El departamento de investigación en la compañía ha desarrollado un catalizador nuevo para convertir el cyclohexanol en cyclohexanone a través de la reacción:

Reacción 1: cyclohexanol (A)    ------>    cyclohexanone (B) + H₂

Sin embargo también se produce la reacción no deseada:

Reacción 2: cyclohexanol + cyclohexanona ------> 2-cyclohexyloxy-cyclohexanol

                                                                     Tambien denominado, High-boiler (C)

donde el high-boiler es un compuesto que hierve a alta temperatura. La reacción toma lugar en la fase líquida y el catalizador son granos finos con la consistencia de la arena. El hidrógeno evoluciona como un gas en el reactor. La cinética de reacción ha sido medida y son las siguientes para las reacciones 1 y 2.

donde:

         E1 = 0.33172e+08 Joules/Kmol

         E2 = 0.1362e+09  Joules/Kmol

Hemos asumido que las concentraciones son expresadas en unidades del SI (kgmoles/m3). Todas las reacciones tienen lugar en la fase líquida. La concentración del catalizador es 3 % por peso en el reactor. El catalizador se desactiva con el tiempo y 0.2 lb. de catalizador fresco deben agregarse por 100 LB de cyclohexanol fresco alimentado para el proceso. La reacción debe ser efectuada en el rango de temperatura de 200-250 F.

Otras especificaciones:
El material de construcción usado es acero al carbono completamente. No hay usos actuales para el highboiler o el hidrógeno de subproducto aparte de como combustible. Por lo tanto el crédito de combustible de estos sub-productos se asume para balancear sus costos de manipulación. Se asume que la planta opera 8000 hr./año

Propiedades físicas
Los datos para cyclohexanol y cyclohexanone están disponibles en los bancos de datos. Las propiedades del highboiler no están disponibles en ninguno de los bancos de datos y por lo tanto deben ser estimadas a partir de su estructura.

La estructura molecular del Highboiler es como sigue. Aquí la S representa un anillo saturado.

Otros datos experimentales disponibles:

Especificaciones de la corriente de Alimentación

Flujo de Alimentación    1000 lb./hr
Composición                 99 % peso (wt) de A
                                    1 % Peso (wt) de B
Temperatura                 77 F
Presión                     14.7 psia

Especificaciones del Producto:

La cyclohexanone  producto debe ser 95 % wt puro con 5 % de cyclohexanol y trazas de highboiler.

Datos de costos
Cyclohexanol $0.59/LB
Cyclohexanone $1.25/LB