Based on Example 5-3 (6th  edition, p. 181), we will use Aspen to determine:

a)    Volume of a PFR reactor for X = 0.8, and a desired product flow rate

b)   CSTR with the equivalent volume to part (a)

c)    Volume of a 2nd  CSTR in series, to give the equivalent X to the PFR in (a)

d)    Number of PFR pipes in parallel equivalent to the PFR reactor in (a)

e)    Effect of adding P drop to the PFR reactor

f)     Effect of changing the operating T in a CSTR reactor (but still running isothermally)

In Example 5-3, we have the following irreversible, vapor-phase reaction occurring isothermally at T = 1100 K, and Po= 6 atm.

Ethane  → Ethylene  +  Hydrogen

C2 H6       → C2 H4    +     H2

A  → B + C

k = 0.072 s-1  at T = 1000 K

E = 82 kcal/mol

The rate law is elementary

FBo = FCo = 0

FB = 154.2 mol/s

(a)  Determine the volume (ft3) of a PFR for X = 0.8.

Assume the tube diameter is 3 ft. Initially guess the length as 10 ft.

What is FAo?

How do we relate X to FA  and FAo?

VPFR =

(b)  What is the conversion for a CSTR of equal volume to the PFR in (a)?

(We will need to use a “Duplicator” Manipulator in our Flow sheet, to have the same feed stream going to multiple reactors)

Do you think it will have the same conversion, higher or lower?

XCSTR =

In the Model Summary, it gives the residence time, tau. Which volumetric flow rate (initial or

final) does Aspen use to calculate tau? (Volumetric flow rates are found in the Stream Summaries.

(c)  As expected for isothermal, irreversible reactions, the conversion was lower in (b) for the CSTR. What volume CSTR should be added in series, to achieve X = 0.8, as in (a) for the PFR?