7. REACTORES QUÍMICOS

7.1 Reacciones Químicas y Reactores en HYSYS

En HYSYS hay dos tipos básicos de reactores y varios subgrupos. Los tipos de reactores ideales son CSTR y PFR. el modelo CSTR es un modelo algebraico estándar que ha estado en los paquetes de simulación por muchos años. Las EDO's del PFR son una adición reciente a los paquetes de simulación y son resueltas mediante la división del volumen en pequeños segmentos y encontrar una solución secuencial para cada volumen. En aquellos modelos mas recientes, esos reactores no solamente incluyen balances de energía, sino también cálculos de caída de presión.

Dentro de cada uno de estos reactores hay subconjuntos de cómo son modelados los reactantes y los productos :

Nota: Las velocidades de Reacción en HYSYS son dadas en unidades de volumen de la fase gas. por ejemplo para convertir de unidades de kgcat a volumen de gas:

7.1.1 Resumen de Reacciones en HYSYS:

Tipo de Reacción	Descripción:
Conversion	Conversion % (x%=C₀ + C₁T + C₂T²)
Equilibrium	K_eq=f(T); el equilibrio se basa en la estequiometria de la reacción. K_eq= estimada o especificada
Gibbs	minimización de la Energía Libre de Gibbs de todos los componentes
Kinetic	donde los parámetros de la reacción inversa deben ser termodinámicamente consistentes y las constantes de velocidad son dadas por:
Heterogeneous Catalytic	forma de Yang y Hougen : Esta forma incluye Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal y Mars-van Krevelen etc.
Simple Rate	en la cual K_eq es estimada a partir de los datos de equilibrio.

7.1.2 Tipos de Reactores:

1) Modelo de reactor CSTR – Tipo tanque bien mezclado

Nombre del Reactor en HYSYS	Tipos de Reacción (ver cuadro anterior)
Conversion Reactor	Conversion % (x%=C₀ + C₁T + C₂T²)
CSTR	Simple Rate, Heterogeneous Catalytic, Kinetic
Equilibrium Reactor	K_eq=f(T); el equilibrio se basa en la estequiometria de la reacción. K_eq= estimada a partir de la Energía Libre de Gibbs K_eq= especificada como una constante o desde una tabla de valores
Gibbs	minimización de la Energía Libre de Gibbs de todos los componentes especificados opción 1) no es requerida la estequiometria de la reacción opción 2) la estequiometria de la reaccion es dada

2) Plug Flow Reactor: Simple Rate, Heterogeneous Catalytic, Kinetic

7.2 Simulación de un PFR Adiabático

El Estireno es un monómero usado en la producción de diferentes plásticos. Tiene la cuarta tasa de producción más alta detrás de los monómeros de cloruro de etileno, de cloruro de vinilo y propileno. El estireno está hecho de la deshidrogenación de etilbenceno:

C₆ H₅ − C₂ H₅ Û C₆ H₅ −CH = CH₂ + H₂

En este reactor no consideraremos el hecho de que la reacción 1 es una reacción de equilibrio y el modelaremos este sistema usando una expresión de ley de potencia. En HYSYS ésta es llamada una expresión Cinética de Velocidad (Kinetic Rate). La expresión de velocidad de reacción que usted instalará está dada por lo siguiente:

Notar que la velocidad de reacción tiene unidades y que el término de la concentración es presión parcial con unidades de KPa.

1. Iniciar HYSYS

2. Crear la lista de componentes

2. Crear el Fluid Package. Desde que estos compuestos son hidrocarburos, use el paquete termodinámico Peng-Robinson.
(Un paquete alternativo puara este sistema es el PRSV)

Hacer clic en la etiqueta Rxns para ver si se han definido reacciones

5. Retornar al Simulation Basis Manager haciendo clic donde indica la flecha roja y hacer clic en la etiqueta Reactions.

6. En la etiqueta Reactions del Simulation Basis Manager, presionar el botón Add Rxn..., Apareciendo la siguiente ventana con el visor de reacciones en la cual seleccionamos Kinetic (Es el modelo de reacción que tenemos). Se abre el visor de propiedades de reacción.

7. Abrir la etiqueta Stoichiometry y en la matriz Stoichiometry and Rate Info, seleccionar la columna Component. Ingresar en esta columna los componentes que intervienen en la reacción, automáticamente aparece la columna Mole Wt. Luego colocar los valores de los coeficientes estequiométricos en la columna Stoich Coeff, considerando valores negativos para los reactantes y positivos para los productos

8. En esta misma ventana, ir a la etiqueta Basis y establecer Basis como Partial Pressure y el Base Component al E-Benzene y fijar que la reacción solamente se lleva a cabo en fase vapor (Rxn Phase --> VaporPhase). Las unidades de la presión (Pressure Basis Units) deben ser KPa y las unidades para la reacción (Rate Units) fueron dadas anteriormente como gmole/(L s).

Como la barra de estado en el fondo del visor de propiedades de reacción indica Not Ready, entonces ir a la etiqueta Parameters.

9. Adicionar el factor pre-exponencial A (sin unidades) y la energía de activación E con unidades de cal/mol (la cual es transformada a kJ/mol después de ingresarla). dejar la celda b en blanco o colocar cero. Notar que no se ingresa signo negativo en el factor pre-exponencial.

10. Cerrar el visor de propiedades