INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍAS QUÍMICA Y BIOQUÍMICA SEMESTRE ENERO-JUNIO 2006 Simulación de Procesos Titular: Dr. Carlos Francisco Cruz Fierro CHEMCAD – Ejercicio 7 Optimización Paramétrica y Análisis de Sensitividad OBJETIVO Familiarizarse con los análisis de optimización y sensitividad en CHEMCAD. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Benceno y cloro a 55°C y 2 atm se alimentan a un reactor isotérmico de flujo tapón, donde reaccionan para formar clorobenceno. El clorobenceno puede continuar reaccionando con cloro para formar o-diclorobenceno, que es un producto no deseado. Las reacciones y sus constantes de velocidad* son: C6 H 6 + Cl2 → C6 H 5Cl + HCl -1 k1 = 24.0 (atm·h) C6 H 5Cl + Cl2 → C6 H 4Cl2 k2 = 3.0 (atm·h)-1 benceno clorobenceno clorobenceno o-diclorobenceno + HCl Si se alimenta 1 kmol/h de benceno, determinar la alimentación requerida de cloro y el volumen del reactor de tal forma que se maximice la cantidad de clorobenceno producida. Efectuando un análisis de sensitividad con respecto a estos dos parámetros, verificar las condiciones encontradas por optimización. ¿Corresponderán estas condiciones al óptimo económico? COMENTARIOS CHEMCAD puede efectuar optimizaciones paramétricas variando propiedades de las corrientes de alimentación y/o condiciones de diseño/operación de los equipos involucrados. Sin embargo, la función objetivo está limitada también a una propiedad de una corriente o a una condición de un equipo. Para la reacción que nos ocupa, la selectividad total del clorobenceno es: Sclorobenceno = moles de clorobenceno formado moles de o - diclorobenceno formado Generalmente, es más importante mantener una alta selectividad, incluso si el número total de moles producidos no es el máximo, debido a la reducción en los costos de separación de los productos. Desafortunadamente, CHEMCAD no proporciona una forma de optimizar un parámetro compuesto como la selectividad. * k1 / k2 = 8.0 a 55°C, de acuerdo a Smith (“Ingeniería de la Cinética Química”, capítulo 2) quien cita a MacMullin, Chem Engr Progr 44 (1948) p. 183. Dado que el propósito de este ejercicio es ilustrar cómo encontrar el óptimo, que depende de k1 / k2 , se tomaron valores arbitrarios de las constantes de velocidad, pero manteniendo su proporción. Página 1 de 2 Adicionalmente, el análisis de sensitividad disponible en CHEMCAD sólo automatiza el cálculo de una función objetivo para varios valores de una o dos variables tomadas como parámetros. El usuario deberá, por sus propios medios, evaluar qué tanto varía esta función objetivo con respecto a cambios en los parámetros (qué tan “sensible” es), en especial cerca del punto óptimo. Página 2 de 2