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11. REACTOR DE CONVERSION 
 
1. OBJETIVOS 
 
1. Simular, en estado estacionario un reactor de conversión 
2. Relacionar dos variables mediante la opción “Set” de HYSYS 
3. Verificar los resultados obtenidos por HYSYS con los cálculados teóricamente 
4. Utilizar la facilidad que permite la operación “Set” para simular una separación 
instantánea P-Vf 
 
2. INTRODUCCION 
 
Reacción de conversión 
 
HYSYS permite la simulación de procesos químicos con reacciones de varios tipos. En 
la reacción de conversión se especifica, además de su estequiometría, el componente 
base, la fase en que se realiza la reacción y una ecuación polinómica para calcular la 
conversión en función de la temperatura de la reacción. Si la conversión es 
independiente de la temperatura se especifica la conversión con solo el término 
constante del polinomio función de temperatura 
 
En un reactor donde se realizan un sistema de N reacciones de conversión en paralelo, 
los flujos de salida de cada uno de los componentes en el sistema se pueden calcular 
mediante un balance de materia, asignando una conversión (η) para cada una de las 
reacciones y considerando sus coeficientes estequiométricos (γ) positivos para los 
productos y negativos para los reaccionantes escribiendo las reacciones con coeficiente 
estequiométrico de uno para cada reactivo límite ( l ). Si hay un componente inerte su 
coeficiente estequiométrico es cero 
 
El balance de materia para cada componente se puede escribir, por lo tanto, de la 
siguiente manera: 
 
 
 (11.1) ∑
=
+=
N
r
rl
ikr
k
i
k
p FFF
1
)(
, ηγ
 
 
Siendo p, el símbolo correspondiente a la corriente producto, i, el de la corriente de 
entrada, k, el que representa a cada uno de los componentes y l(r) el componente límite 
en la reacción r 
 
La ecuación (11.1) expresa que el flujo en la corriente producto de un componente es 
igual a su flujo de entrada mas la sumatoria de lo producido en cada reacción menos lo 
consumido en cada reacción 
 
Operación “Set” 
 
La operación “Set” se utiliza para establecer el valor de una variable de proceso 
específica mediante una relación lineal con otra variable de proceso. La relación es 
entre las mismas variables de proceso en dos objetos similares; por ejemplo, la 
temperatura en dos corrientes o el UA en dos intercambiadores de calor. La operación 
puede emplearse tanto en simulación estacionario como dinámica 
 
La variable dependiente u objetivo se define en términos de la variable independiente o 
fuente de acuerdo a la siguiente relación lineal 
 
 
 Y = MX + B (11.2) 
 
 
Siendo Y = variable dependiente u objetivo 
 X = variable independiente o fuente 
 M = multiplicador o pendiente 
 B = ajuste o intercepto 
 
Para instalar la operación “Set”, seleccione el botón “Set” en la paleta de objetos ó 
seleccione “Add Operation” del menú “Flowsheet” y seleccione la opción “Set” 
 
3. PROCESO ESTUDIADO 
 
Dos corrientes, una de monóxido de carbono puro a 550 °C, 1000 kPa y 100 kgmol/h y 
otra de hidrógeno puro a las mismas condiciones de temperatura y presión se alimentan 
a un separador de fases que servirá como reactor para la conversión de dichos reactivos 
en metano y agua. Se establece que el flujo molar de la corriente de hidrógeno sea tres 
veces el flujo molar de la corriente de monóxido 
 
 
4. PAQUETE FLUIDO 
 
COMPONENTES: Monóxido de carbono, Hidrógeno, Agua y Metano 
ECUACION: Peng-Robinson 
UNIDADES: Sistema SI 
 
REACCION DE CONVERSIÓN: 
 
 
 CO + 3 H2 CH4 + H2O 
 
 
Para añadir una reacción de conversión, haga clic en la pestaña “Reactions” y en la 
ventana “Simulation Basis Manager” añada los componentes de la reacción haciendo 
clic en el botón “Add Comps…” y seleccionándolos de la librería. Haga clic en el botón 
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“Add Rxn…” y en la pestaña “Stoichiometry” de la ventana “Conversión Reaction: 
Rxn-1” añada los componentes en el siguiente orden: monóxido de carbono, hidrógeno, 
metano y agua. Complete la página estequiometría introduciendo con signos negativos 
los coeficientes estequiométricos de los reaccionantes y con signos positivos los de los 
productos, como se muestra en la Figura 1. 
 
 
 
 
Figura 1. Estequiometría de la reacción de conversión 
 
 
En la pestaña “Basis” establezca el monóxido de carbono como el componente base 
para la conversión, la fase de la reacción es la global u “Overall” y especifique una 
conversión constante del 80 % en el cuadro “Co”. Observe la Figura 2. 
 
Cuando la reación es especificada completamente, en forma automática es añadida al 
conjunto de reacciones “Global Rxn Set”. Añada el “Global Rxn Set” al paquete fluido 
presionando el botón “Add to FP”. Hecho esto salga del ambiente básico. Se pueden 
crear otros conjuntos de reacciones donde incluir las reacciones que se desee, cuando 
sea necesario. 
 
5. SIMULACION EN ESTADO ESTACIONARIO 
 
Corrientes de alimentación: 
 
Monóxido: Instale la corriente “Monóxido” con las siguientes especificaciones en la 
página “Conditions” de la pestaña “Worksheet” 
 
Temperatura 550 °C 
Presión 1000 kPa 
Flujo molar 1000 kgmol/h 
 
 
 
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Figura 2. Datos básicos para la reacción de conversión 
 
 
En la página “Composition” de la pestaña “Worksheet” especifique que la fracción 
molar de monóxido de carbono es uno y cero las correspondientes a los otros 
componentes. 
 
Hidrógeno: Instale la corriente “Hidrógeno” con las siguientes especificaciones en la 
página “Conditions” de la pestaña “Worksheet” 
 
Temperatura 550 °C 
Presión 1000 kPa 
 
En la página “Composition” de la pestaña “Worksheet” especifique que la fracción 
molar de hidrógeno es uno y cero las correspondientes a los otros componentes. 
 
Reactor de Conversión: 
 
Instale un Separador de fases con las siguientes especificaciones 
 
Pestaña Design Página Connections 
 
Name R-100 
Inlets Monóxido, Hidrógeno 
Vapour Outlet Vapor 
Liquid Outlet Líquido 
 
Pestaña Design Página Parameters 
 
Delta P 0 kPa 
 
En la pestaña “Reactions” de la ventana de propiedades del Separador de fases que 
opera como el reactor “R-100”, añada en el cuadro “Reaction Set” el conjunto de 
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reacciones “Global Rxn Set” que contiene la reacción de conversión definida 
anteriormente 
 
Operación Set 
 
Instale, ahora, la operación Set que establezca el flujo molar de FH2 en proporción 
estequiométrica a FCO, es decir que 
 
FH2 = 3*FCO + 0 
 
Al hacer doble clic en el icono de la operación “SET-1”, seleccione el flujo molar de la 
corriente “Hidrógeno” como la variable objetivo o dependiente, haciendo clic en el 
botón “Select Var” de la sección “Target Variable”. Seleccione a la corriente 
“Monóxido” como objeto variable independiente en la sección “Source”. Observe la 
Figura 3. 
 
Haga clic sobre la pestaña “Parameters” introduzca la relación lineal entre los flujos de 
las corrientes “Monóxido” e “Hidrógeno”. Especifique el valor de 3.0 como el factor 
del flujo de la corriente “Monóxido” en el cuadro “Multiplier” y el valor 0.0 como el 
ajuste de la relación lineal en el cuadro “Offset”. Observe la Figura 4. 
 
Despliegue el libro de trabajo y observe las especificaciones de las corrientes 
conectadas al reactor. Haga cambios en el flujo de la corriente “Monóxido” y observe 
cómo la operación “SET-1” hace que el flujo de la corriente “Hidrógeno” sea el triple 
del flujo especificado 
 
Aunque este ejemplo es trivial, este tipo de aplicación puede ser útil cuando sea 
aplicado a problemas más grandes. Por ejemplo, en diagramas de flujo donde los 
alimentos al reactor son recirculados, la operación “Set” puede asegurar que sus flujos 
relativos están siempre en proporción estequiométrica 
 
 
 
 
 Figura 3. Conexiones del botón SET-1 Figura 4. Relación lineal entre los flujos 
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El diagrama de flujo final del reactor de conversión incluyendo el botón de ajuste se 
observa en la Figura 5 
 
 
 
 
 
Figura 5. Reactorde conversión de monóxido de carbono en metano 
 
 
6. CASOS DE ESTUDIO 
 
1. Escriba las ecuaciones de balance de materia de cada uno de los componentes de la 
reacción simulada 
2. Con las ecuaciones planteadas, verifique los resultados de los flujos de cada uno de 
los componentes con los obtenidos por HYSYS vistos en el libro de trabajo 
3. Utilice el botón “Set” para simular una separación instantánea P-Vf de una mezcla 
que contiene 20 % mol de benceno, 50 % mol de tolueno y 30 % mol de o-Xileno a 
una presión de 14.5 psia y una fracción de vaporización de 0.8 
4. Realice los cálculos de separación instantánea y compárelos con los obtenidos por 
HYSYS 
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