HIDRODESALQUILACIÓN DEL TOLUENO (HDA)

Se trata de simular un proceso con múltiples unidades y con tres corrientes de reciclo. El proceso consiste de un reactor, tres intercambiadores de calor, un compresor, una bomba y un tanque separador. El reactor opera a alta temperatura y presión y con reacciones que se realizan en la fase gaseosa. La recuperación de la energía es importante y, por esto, se incorpora en el diseño el precalentamiento del alimento por medio del efluente caliente del reactor. Esta retroalimentación de energía hace más difícil el control del proceso. La conversión por paso es solo moderada y esto ocasiona que se necesite de un gran exceso de los reactivos, lo que ocasiona una gran corriente de reciclo.
1. PAQUETE FLUIDO.
1.1. COMPONENTES: Tolueno, Hidrógeno, Benceno, Metano y Difenilo
1.2. ECUACIÓN: Peng Robinson.

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Figura 1.2-1 :Paquete de Fluido:Peng Robinson


View ( Elegir los componentes que intervienen en las reacciones).

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Figura 1.2-2: Lista de componentes que intervienen en el proceso
2. REACCIONES**
  • Tipo: Cinético.

C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4
2 C6H6 → C12H10 + H2
Se observa en el Balance que el calor de reacción a 25 ºC es de -18000 BTU/lbmol para la primera (reacción exotérmica) y de 3500 BTU/lbmol para la segunda (reacción endotérmica).
primera reaccion.jpg
Figura 2-1: Estequiometría primera reacción

segunda reaccion.jpg
Figura 2-2: Estequiometría Segunda reacción

3. BASE:

Para ambas reacciones la Base es presión parcial; los componentes bases tolueno y benceno, respectivamente; la fase de la reacción es Vapor y las unidades bases son psia para la presión y lbmol/pie3-h para la velocidad de reacción.

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Figura 3-1: Base para las dos reacciones


4. PARÁMETROS CINÉTICOSLos parámetros cinéticos son los de las expresiones cinéticas dadas en Luyben et al. (“Plantwide Process Control”, McGraw-Hill). Las ecuaciones usadas en la simulación son:

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Parámetros cinéticos para las dos reacciones


donde las velocidades de reacción tienen unidades de lbmol/h-pie3, las concentraciones están en lbmol/pie3, la energía de activación está en BTU/lbmol y la temperatura en ºR

ecuacion 1.jpg
Figura 4-1: Parámetros:Primera Reacción


ecuacion 2.jpg
Figura 4-2: Parámetros segunda reacción


global Rx.jpg
Figura 4-3: Set de reacciones



5. SIMULACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

5.1. Alimentación:
Instale las corrientes Tolueno e Hidrógeno con las siguientes especificaciones:
Un alimento gaseoso de hidrógeno (Fracción de vapor = 1.0, 549.7 ºR, 591 psia, 484 lbmol/h, 98 % molar de H2 y 2 % molar de metano) y un alimento líquido de tolueno puro (Fracción de vapor = 0.0, 549.7 ºR, 591 psia, 370 lbmol/h).
Instalar las válvulas V1 y V2 con caídas de presión de 50 psi para cada una. Instale la corriente ReciGas y asígnele las especificaciones supuestas de 118.20 ºF, 541 psia, 3990 lbmol/h, 60 % molar de metano y 40 % molar de hidrógeno. Alimente las tres corrientes al mezclador M1 y denomine como EntInt a su corriente de salida, la cual debe estar completamente especificada junto con el mezclador
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Figura 5.1-1: Condiciones de alimentación
5.1. LAZO DE RECICLO RECIUno:
5.1.1. Corriente EntCoraza:
Instale una corriente con este nombre y asígnele las siguientes especificaciones supuestas: 1103 ºF, 504 psia, 4994 lbmol/h, 10 % molar de Tolueno, 20 % molar de Hidrógeno 50 % de Benceno, 10 % de metano y 10 % de Difenilo.
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Figura 5.1.1-1: Composición de la corriente Ent Coraza
5.2.2. Intercambiador FEHE:Instalar un intercambiador de carcasa y tubo y nómbrelo como FEHE. Conecte por los tubos la corriente de entrada EntInt y como corriente de salida EntHorno. Conecte por la coraza la corriente de entrada EntCoraza y como corriente de salida EntConden. En la página Parámetros de la pestaña Design, asigne una Caída depresión de 10 psi por lo tubos y 2 psi por la carcasa y seleccione como Heat Exchanger Model el Ponderado (Weighted) y digite 600000 BTU/ºF-h al Overall UA (30000 pie2*20 BTU/h-ºF-pie2).
ubicacion de las corrientes.jpg
Figura 5.5.5-1: Intercambiador tipo coraza


parametros del intercambiador.jpg
Figura 5.2.2-2: Parámetros de un intercambiador

5.2.3. Horno:
Instale un heater para simular un horno, aliméntelo con la corriente EntHorno y descárguelo con la corriente EntReactor y conéctele su corriente de energía QHorno. En la página Parámetros de la pestaña Design digite una caída de presión de 10 psi. En la página Condiciones de la pestaña Worksheet digite para la corriente EntReactor las especificaciones 1150 ºF y 521 psia.
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Figura 5.2.3-1: Corrientes de entrada y salida de un Heater

5.2.4. ReactorInstale un reactor tubular alimentándolo con la corriente EntReactor y descargándolo con la corriente SaleReactor. En la página Parámetros de la pestaña Design digite 17 psia como caída de presión. En la página Overall de la pestaña Reactions introduzca el conjunto de reacciones Global Rxn Set. En la página Sizing de la pestaña Rating introduzca las dimensiones de 9.53 pie de diámetro y 57 pies de longitud
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Figura 5.2.4-1: Parámetros de un reactor tubular

rating-sizing del reactor.jpg
Figura 5.2.4-2: Dimensiones del reactor

5.2.5. Mezclador M2
Aliméntelo con las corrientes SaleReactor y Quench y descárguelo con la corriente SaleQuench. Asígnele a la corriente Quench las siguientes especificaciones: Fracción de vapor = 0.0, 113 ºF, 534 psia, 150 lbmol/h, 70 % de Benceno, 20 % de Tolueno y 10 % de difenilo.
5.2.6. Botón de reciclo RECIUno:
Instale un botón de reciclo con dicho nombre, conéctelo con SaleQuench como corriente de entrada y EntCoraza como corriente de salida. El lazo de reciclo RCIUno convergerá satisfactoriamente.
para el primer reciclo.jpg
Figura 5.2.6-1: Diagrama del proceso hasta reciclo uno


5.3 LAZO DE RECICLO RECIDos:
5.3.1. Condensador
Instale un cooler para simular un condensador del mismo nombre. Aliméntelo con la corriente EntConden y descárguelo con la corriente SaleConden, y conéctele una corriente de energía de nombre QConden. En la página Parámetros de la pestaña Design asigne una caída de presión de 10 psi y en la página Conditions de la pestaña Worksheet asigne una temperatura de 113 ºF a la corriente SaleConden
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Figura 5.3.1-1: Parámetros para un condensador
5.3.2. Separador de Fases:
Instale un separador de fases con el nombre Separador. Conéctelo con la corriente SaleConden como alimento y las corrientes Gas y Líquido como corrientes de salida
separador de fases.jpg
Figura 5.3.2-1: Corrientes en un separador de fases

5.3.3. Bombeo de líquido:
Instale una bomba con el nombre de B1 y conéctela en la succión con la corriente Líquido y en la descarga Sale_B1, además conecte su corriente de energía con el nombre de HPBomba. En la página Parámetros de la pestaña Design asigne 108 psi como caída de presión
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Figura 5.3.3-1: Corrientes de entrada y salida en una bomba

5.3.4. Divisor de la corriente de descarga de la bomba:

Instalar un divisor de corriente con el nombre de T1. Aliméntelo con la corriente Sale_B1 la cual se divide en EntR2 y SaleT1. En la página Parámetros de la pestaña Design asigne el valor de 0.1 para la fracción correspondiente a EntR2. La corriente SaleT1 después de circular por la válvula V3 (Caída de presión = 50 psi) es el producto de Benceno deseado.
5.3.5. Botón de reciclo RECIDos:
Instalar un botón de reciclo con dicho nombre, conéctelo con EntR2 como corriente de entrada y Quench como corriente de salida. El lazo de reciclo RECIDos convergerá satisfactoriamente.
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Figura 5.3.5-1: Diagrama de flujo hasta el reciclo dos
5.4. LAZO DE RECICLO RECITres:
5.4.1. Compresor de Gas: Instale un compresor con dicho nombre y asigne como carga la corriente Gas y como descarga la corriente denominada Descarga, además de la conexión de la corriente de energía HPComp. Asigne a la corriente Descarga una presión de 542 psia
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Figura 5.4.2-1: Corrientes de entrada y salida en el compresor

5.4.2. Divisor de la corriente Descarga:
Instale un divisor de corriente con el nombre de T2. Aliméntelo con la corriente Descarga la cual se divide en GasReciclo y Entra_V4. En la página Parámetros de la pestaña Design asigne el valor de 0.1 para la fracción correspondiente a Entra_V4. La corriente Entra_V4 después de circular por la válvula V4 (Caída de presión = 50 psi) es la corriente de purga.

5.4.3. Botón de reciclo RECITres:
Instale un botón de reciclo con dicho nombre, conéctelo con GasReciclo como corriente de entrada y ReciGas como corriente de salida. El lazo de reciclo RECITres convergerá satisfactoriamente.
hasta reciclo dos.jpg

6. RESULTADOS
La Figura 6-1 muestra el libro de trabajo con las especificaciones finales de todas las corrientes del diagrama de flujo
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Figura 6-1: Resultados para las diferentes corrientes

Para analizar los resultados utilizamos un Databook (cuaderno de datos), para ello analizamos un caso de estudio donde el producto (fracción molar del Difenilo) actúa como variable dependiente y la temperatura de entrada al reactor como variable independiente.
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Figura 6-2: Caso de estudio 1


Escogemos los límites de temperatura y los intervalos que deseamos que se analice este caso.
rango de temperatura.jpg
Figura 6-3: Límites de temperatura

Observamos que en el reactor con entrada de temperaturas elevadas la conversión a Difenilo no se da, ya que a esas temperaturas se produce una coquización.
Grafica data.jpg
Figura 6-4: Producto=f(Temperatura)

En este documento se encuentra la simulación completa de este ejercicio.




EJERCICIO 2
EVAPORACION DE SIMPLE EFECTO
1. Ingreso de componentes: agua e hidroxido de sodio
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2. Escoger el paquete de fluidos SRK

3. Ingreso del intercambiador, con las corrientes

Sin título3.jpg
4. Cambios de parámetros en el intercambiador, ingresar las corrientes.
Sin título4.jpg

5. Ingresar un separador con sus corrientes




Imagen2.png


6. Proceso simulado

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PROCESO PARA CONVERTIR BENCENO A CICLOHEXANO

Aquí, se considera un proceso donde se involucra un reactor químico, separadores, intercambiadores de calor y bombas. En la figura, se muestra un diagrama de flujo de un proceso continuo y en estado estable, para la elaboración de aproximadamente 10 millones de galones por año de ciclohexano de alta pureza mediante hidrogenación catalítica de benceno de alta pureza, a elevada temperatura y presión. El corazón del proceso es un reactor en el cual se alimenta una mezcla de benceno líquido e hidrógeno de stock junto con hidrógeno reciclado del mismo proceso

C6 H 6 + 3H 2 C6 H 12

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1..jpg
Ejemplo en Hysys:


PLANTA DE
DICLOROETANO
Uno de los procesos para la producción de cloruro de vinilo se basa en la oxicloración del cloruro de etileno con acido clorhídrico y aire para producir Dicloroetano, el cual después de ser purificado se craquea para obtener el cloruro de vinilo como producto principal. Esta vía de producción de cloruro de vinilo no es de las más económicas del mercado pero se justifica al usar como materia prima un componente de poca salida como el HCL. Las etapas del proceso se describen a continuación.
Reacción de oxicloración:
La reacción que se lleva a cabo dentro del reactor es la siguiente:
CH 2 = CH 2 + 2 HCl + 1/ 2O2 ClCH 2CH 2Cl + H 2O
Conversión( HCl ) = 95%
En el reactor también ocurre una reacción secundaria que produce
tricloroacetaldehído.
Reacción de cloral (Tricloroacetaldehído):
CH 2 = CH 2 + 3HCl + 2O2 Cl3C CHO + 3H 2O
Conversión( HCl ) = 4%
Reactor de oxicloración (Reactor de conversión):
Este reactor opera a 5 bar y a una temperatura de 250 °C de manera isotérmica, el alimento al reactor consiste de tres corrientes de masa que se encuentran a las mismas condiciones de operación del reactor, dichas corrientes son:
Una corriente de etileno puro.
Una corriente de aire puro.
Una corriente de HCl puro.
Para la operación satisfactoria del reactor, las corrientes alimentadas a este deben cumplir con unas relaciones constantes entre sus flujos molares, de la manera siguiente.
Relación de flujo molar etileno : Aire = 5
Relación de flujo molar etileno : HCl = 2
El flujo molar de etileno alimentado al reactor es de 5 lbmol/h
Separador Flash:
Este equipo trabaja de manera no adiabática a una temperatura de 104 °F, y es alimentado por la corriente gaseosa que sale del reactor de oxicloración que viene a 5 bar y 250°C. La caída de presión de este equipo puede considerarse despreciable.
Decantador (Separador de tres fases):
Este equipo tiene como objetivo separar la fase acuosa de la fase liquida que viene en la corriente liquida que sale del separador flash, este equipo trabaja de manera adiabática.
Separador de cloral y agua (Spliter):
Este spliter trabaja de manera no adiabática, y cumple la función de separar toda el agua y tricloroacetaldehído de la corriente liquida que sale del separador de tres fases. Del spliter salen dos corrientes de masa, una que lleva toda el agua y el cloral, y otra, que lleva el resto de los componentes del proceso; estas corrientes se encuentran a una presión de 5 bar y una temperatura de 40°C.

Columna absorbedora con rehervidor:
Esta columna es alimentada con la corriente de masa que sale del spliter que no contiene agua ni cloral, trabaja con 10 platos, una especificación de recobro de dicloroetano del 0.999 por la corriente de fondo, una presión en el fondo de 5.2 bar y una presión en el tope de 5 bar.

El liquido que sale de la columna absorbedora es en su mayoría dicloroetano, que es el producto principal de esta planta y será la corriente alimentada a la planta de producción de cloruro de vinilo.
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Ejemplo simulado en Hysys:


PLANTA DE CLORURO DE
VINILO
En la planta de producción de cloruro de vinilo a partir de dicloroetano, este ultimo es craqueado en un reactor a alta temperatura y presión media. Los productos de este reactor son llevados y separados a través de un sistema de destilación compuesto por dos columnas, donde en la primera de ellas se recupera el HCl formado en el reactor y que puede ser reciclado a plantas anteriores, y en la segunda columna se obtiene el cloruro de vinilo en estado casi puro.

La reacción de craqueo de dicloroetano es la siguiente:

2ClCH 2CH 2Cl CH 2 = CHCl + 2 HCl

Conversión( Dicloro) = 60%

||
La corriente de alimento llega con las siguientes condiciones
5 bar.
145.17°C
10 lbmol/h
Dicloroetano puro
Bomba de la corriente principal:
Esta bomba es la encargada de subir la presión de la corriente principal (5 bar) de alimento hasta la presión de 26.47 bar, antes de ingresar al mezclador, al cual llega el reciclo de dicloroetano de la segunda torre destiladora.
Mezclador:
En este equipo se mezcla el alimento fresco de dicloroetano y el reciclo de este mismo compuesto que se separa en la segunda columna de destilación. Las dos corrientes se mezclan a la misma presión (26.47 bar).
Calentador de la corriente de alimento al reactor (Heater):
Este equipo trabaja con una caída de presión de 2 psi, y es el encargado de llevar la temperatura de la corriente de salida del mezclador hasta la temperatura de alimento del reactor de craqueo (242°C).

||
Reactor de craqueo (reactor de conversión):
En este equipo se lleva a cabo la reacción química de craqueo de dicloroetano, este reactor trabaja de manera no adiabática, y la temperatura de salida de productos es de 500°C.
Enfriador de la corriente de productos del reactor (Cooler):
Este equipo trabaja de manera ideal con una caída de presión igual a cero, en él, la corriente gaseosa del reactor de craqueo disminuye su temperatura hasta 6°C antes de ingresar a una válvula para disminuir su presión y entrar al sistema de columnas.
Válvula de alimento a la primera columna de destilación:
Esta válvula es la encargada de disminuir la presión de la corriente que viene del enfriador de 26.34 bar hasta 12.16 bar, la cual es la presión que necesita para entrar a la primera columna de destilación.
Primera columna de destilación (recuperación de HCL):
La columna de HCL cuenta con 12 platos, trabaja con una presión de fondo de 12.16 bar y una presión de tope de 11.15 bar, el alimento entra al plato 2, tiene una razón de reflujo de 1 y un porcentaje de recobro de HCL por la corriente de tope de 0.999.
Válvula de alimento a la Segunda columna de destilación:
Esta válvula es la encargada de disminuir la presión de la corriente de fondo de la primera columna de destilación de 12.16 bar hasta 4.86 bar, la cual es la presión que necesita para entrar a la segunda columna de destilación.
Segunda columna de destilación (recuperación de Cloruro de vinilo):
La columna de recuperación de cloruro de vinilo tiene 12 platos y es alimentada por el plato 3, trabaja con una presión en el fondo de 4.9 bar y una presión en el tope de 4.8 bar. Además maneja una relación de reflujo de 1 y un porcentaje de recobro de cloruro de vinilo por el tope de 0.999.
Enfriador de la corriente de fondo de la segunda columna de
destilación (Cooler):
En este equipo la corriente de fondo de la segunda torre de destilación es enfriada hasta 90°C. La caída de presión de este equipo se puede considerar despreciable.
Bomba de reciclo de dicloroetano:
La corriente de salida del enfriador de la torre de destilación 2 es ingresada a una bomba que la recicla al reactor de craqueo, para ello aumenta la presión de la corriente de 4.9 bar hasta la presión a la que se debe mezclar con la corriente de dicloroetano fresco en el mezclador (26.47 bar).
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Ejemplo simulado en Hysys:



CICLO DE RANKINE


1. Escoger el paquete de fluido.

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2. Ingresar los componentes

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3. Ingresar las corrientes
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4. Colocar una bomba, incluyendo la energía que ingresa.
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5. Ingresar un valor de presión a la corriente de salida.

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6. Poner un calentador en donde va a ingresar el agua comprimida.

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7. Ingresar el valor de temperatura a la corriente de salida de la caldera.

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8. Esta corriente ingresarla a una turbina, dando un valor de la eficiencia.
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9. Ingresar un enfriador, en donde ingresa la corriente que sale.

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10. La ultima corriente que sale, se conecta con la primera corriente.

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TUTORIAL HYSYS RECUPERACIÓN DE ACETONA






EJEMPLO EN HYSYSCOLUMNA
EJEMPLO DE HYSYS VIDEOlink.
http://www.youtube.com/watch?v=v_FQsZBMELM

Ejemplo de Hysys
En este caso vamos a oxidar el etano con oxigeno del aire para obtener oxido de etileno. El óxido de etileno es un gas incoloro, inflamable y tóxico, que es técnicamente el epóxido más importante.
1. Abrimos Hysys

hy1.png
2.Añadimos un paquete fluidohy2.png

3. Ingresamos los reactivos y productos que van a intervenir en nuestra simulaciónhy4.png




4. Configuramos la reacción que se va a producir en la simulación
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5. Añadimos la reacción al simulador para usarla en el equipo que se requiera producir la reacción


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6. Cerramos las ventanas e ingresamos al entorno de simulación
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7. En el entorno de simulación ingresamos los flujos y equipos que requerimos.
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8. En cada flujo ingresamos las condiciones y composiones para posteriormente unir los flujos al reactor de conversión
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9. Damos un click en el reactor para añadir los flujos y colocar los flujos de salida
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10. Configuramos el set de reacción que se van a producir dentro del reactor
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11. El principal flujo de salida es una mezcla de nuestro producto con otros residuos del proceso, por lo que es necesario separarlo.Para ello usamos un separador de gases.
hy12.png12. Y asi obtenemos nuestro producto final, el oxido de etileno13. Para mejorar el proceso procedemos a reutilizar algunos de los residuos que nos sirven para nuestra reacción principal, la cual es la que se realiza en el reactor.Para ello separamos el agua de los residuos 2
hy13.png
14. Y los residuos 3 contienen oxigeno que necesitamos para la reacción, por lo que usamos la herramienta Recycle.
hy14.png
15. Aquí se observa como recirculamos principalmente el oxigeno sobrante del proceso.16. Y en la siguiente figura mostramos los datos y resultados obtenidos durante el proceso
hy15.png
17. Ejemplo de Refrigeracion

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17.left;">
18. Destilacion con Reflujo




19.
20. Les dejo el archivo de la simulación

ejemplo




EJEMPLO DE COLUMNA DE DESTILACIÓN SIMPLIFICADA.



ejemplo de separador
1.hsc]]





4. Configuramos la reacción que se va a producir en la simulación


EJEMPLO
El cloruro de etilo será producido por la reacción de fase de gas de HCL con el etileno sobre un catalizador de cloruro de cobre apoyado sobre la silicona como
C2H4 + HCl = C2H5Cl
La corriente de alimentación es compuesta de 50 % mol HCl, 48 % mol C2H4, y 2 % mol N2 en 100 kmol/hr, 25°C, y 1 atm. Ya que la reacción alcanza sólo 90 % en mol de conversión , el producto de cloruro de etilo es separado de los reactivo que no han reaccionado, y el éste es reciclado. La separación es alcanzada usando una columna de destilación, donde es asumido que una separación perfecta es lograble. El proceso es manejado en la presión atmosférica, y las gotas de presión no son hechas caso. Para prevenir la acumulación de inertes en el sistema, 10 kmol/hr son retirados en una corriente de purga .Muestre el efecto del índice de flujo de la corriente de purga la W sobre la R reciclaré y sobre la composición de la comida de reactor.