Heuristics para procesos de sintesis 23/11/2018 Ejercicio 3 Heuristics para procesos de sintesis 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II

Heuristic 3: When nearly pure products are required, eliminate inert species before the reaction operations when the separations are easily accomplished and when the catalyst is adversely affected by the inert; but not when a large exothermic heat of reaction must be removed. 23/11/2018 054402 Design & Analysis II

Example 1: To satisfy the Clean Air Act of 1990, gasoline must have a minimum oxygen atom content of 2.0 mole%. The most common source of this oxygen is methyl-tertiary-butyl-ether (MTBE) which is manufactured by the reaction: CH3OH + Iso-butene  MTBE 23/11/2018 054402 Design & Analysis II

CH3OH + Iso-butene  MTBE 23/11/2018 It is desired to construct a MTBE plant at your refinery, located on the Gulf Coast of Texas. Methanol will be purchased and iso-butene is available in a mixed-C4 stream that contains: Wt. % 1-butene 27 iso-butene 26 1,3 butadiene 47 יש לבדוק את מידת הקושי בהפרדת המגיב הרצוי משאר החומרים. בדיקה זו תעשה ע"י חישוב הנדיפות היחסית . CH3OH + Iso-butene  MTBE 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II

a 1-butene 5.13 1,3-butadiene 4.96 iso-butene 4.04 23/11/2018 מכיוון שהתערובת קרובה ל"אידיאליות" ניתן לחשב את הנדיפות היחסית לפי יחס שבר האדים. ניתן לראות כי שני המזהמים קרובים בערך של הנדיפות היחסית אך שונים מספיק מהמגיב הרצוי. a 1-butene 5.13 1,3-butadiene 4.96 iso-butene 4.04 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II

1,3-butadiene & 1-butene, can be separated by distillation before or after the reaction operation. Other considerations, such as their impact on the catalyst, the volumes of the reactors and distillation towers, and the temperature levels in the exothermic reactors should be evaluated in making this decision. 23/11/2018 054402 Design & Analysis II

Example 2: Positioning an Equilibrium Reaction Operation Consider the reaction and distillation operations for the isomerization of n-butane to isobutane according to the reaction: The feed to the process is a refinery stream which contains 20 mole%iso-butane. Show the alternatives for positioning the reaction and distillation operations. 23/11/2018 054402 Design & Analysis II

אופציה A : ראקציה לפני הזיקוק מאפשר סילוק חום. 80 mol% nC4 20 mol% iC4 iC4 23/11/2018 A 80 mol% nC4 20 mol% iC4 iC4 B אופציה A : ראקציה לפני הזיקוק מאפשר סילוק חום. אופציה B: הפרדה לפני ראקציה, מתקבל זרם כמעט טהור של המגיב המאפשר הפיכה גדולה יותר. הבחירה בין שתי האפשרויות כשורה ליכולת לבצע הפרדה. את שתי האופציות יש לבדוק בסימולציה. כמוכן ניתן לבצע את התגובה בתוך כלי הפרדה. 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II

Heuristic 16: To increase the pressure of a stream, pump a liquid rather than compress a gas; that is, condense a vapor, as long as refrigeration (and compression) is not needed, before pumping. 23/11/2018 054402 Design & Analysis II

Example 3: Feed Preparation of Ethylbenzene Ethylbenzene is to be taken from storage at 25 C and 1 atm and fed to a styrene reactor at 400C and 5 atm at 100,000 lb/h. Show two alternatives for positioning the temperature and pressure-increase operations. 23/11/2018 054402 Design & Analysis II

23/11/2018 054402 Design & Analysis II

23/11/2018 Example 4: Show two alternatives to go from point A to point B , Which one is less expensive ? H P B A בנק' A יש נוזל אנו מעונינים להעביר אותו לנק' B (גז) 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II

23/11/2018 Option 1 B H P אופציה 1: מסלול אנתלפיה, טמפ' עולה  נכנסים לאזור הדו-פאזי נק' C, יש גז ונוזל ניתן למצוא את היחסים ביניהם לפי חוק המנוף ההפוך. מנק' C ל D מוסיפים "חום" אך הטמפרטורה לא משתנה אנו מוסיפים חום כמוס מנק' D חימום אדיאבטי + קצת דחיסה ומגיעים לנק' B. אמצעים : מ"ח + מדחס !!! A C D 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II

23/11/2018 Option 2 E B H P אופציה 2: העלאת לחץ בעזרת משאבה עד נ"ק E  חימום  מגיעים לנק' B אמצעים : מ"ח + משאבה . מה עדיף ? האפשרות השניה יותר זולה ויותר נוחה. במדיס נשתמש אם אין ברירה. A 23/11/2018 054402 Design & Analysis II 054402 Design & Analysis II