El estireno es el monómero usado para fabricar poliestireno, que tiene una multitud de usos, el más común de los cuales se encuentra en envases y en recipientes aislados de espuma de poliestireno. El estireno (88) se produce por la deshidrogenación de etilbenceno (810), sin embargo, ocurren otras dos reacciones no deseadas como se muestra a continuación:
C8H10↔C8H8+H2
C8H10→C6H6+C2H4
C8H10+H2→C7H8+CH4
En una planta se alimentan a un reactor 223.73 kmol/h de etilbenceno, 1.21 kmol/h de Benceno (66), 1.21 kmol/h de Tolueno (78) y agua en una relación de 13 kmol de agua por kmol de etilbenceno. Si para la primera reacción se alcanza una conversión del 41% y para cada una de las otras reacciones una conversión del 7% con respecto al etilbenceno, determine:
Los flujos de los diferentes componentes a la salida del reactor, la conversión global de etilbenceno y el rendimiento de producción de Estireno. (Pesos moleculares: S=32 g/mol, C=12 g/mol, O=16 g/mol, H=1 g/mol, Ca=40 g/mol, N=14 g/mol.)
Respuestas a la pregunta
Del reactor salen 91,73kmol/h de estireno, 76,07kmol/h de hidrógeno, 16,87kmol/h de benceno, 15,66kmol/h de etano, 16,87kmol/h de tolueno, 15,66kmol/h de metano, 100,68kmol/h de etilbenceno y 2908kmol/h de agua.
Un 55% del etilbenceno se convierte en los productos.
El rendimiento de producción del estireno es del 2,93%.
Explicación:
La primera reacción está balanceada por lo que cada mol de etilbenceno produce un mol de estireno y uno de hidrógeno. Si el 41% se convierte en estireno queda:
Las otras dos reacciones están también balanceadas y un 7% del etilbencenos reacciona, por lo cual los flujos son:
Esta última consume hidrógeno obtenido en la primera reacción por lo que el flujo de hidrógeno a la salida es:
En cuanto al flujo de benceno tenemos el de la segunda reacción más el flujo que entra:
Lo mismo para el flujo de tolueno,
nótese que el etano sale en un flujo de 15,66kmol/h ya que no se insertó esta sustancia.
Y para el agua el flujo de salida es:
Y como reaccionó un 55% del etilbenceno en total, un 45% sale como residuo:
El rendimiento de producción de estireno es la relación entre la cantidad de reactivos y la cantidad de estireno obtenido: