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DIEZ PASOS PARA LA SIMULACIÓN Y DISEÑO DE REACTORES QUÍMICOS EN FASE HOMOGÉNEA

A partir de los modelos ideales de contacto de Mezcla perfecta y Flujo Pistón con la utilización de rutinas de simulación generales elaboradas en MathCad 14

Ali González

IUT Dr Federico Rivero Palacio
Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos
Ingeniería de las Reacciones Químicasaligonzalez1@gmail.com

1. Introducción

El desarrollo del curso Ingeniería de las Reacciones Químicas en el marco del Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos se soporta en el empleo de herramientas de simulación matemática como la Aplicación Informática MathCad 14, que permiten el empleo de métodos numéricos y analíticos avanzados, y combinan múltiples herramientas de entrada de datos ygeneración de resultados en una sola interfase usuario. Sin embargo, para lograr desarrollar una rutina de simulación general y así poder llevar a cabo la caracterización de un proceso con reacción química, que contemple los diferentes modelos ideales de reactor químico operando con fase homogénea, se requiere un buen nivel y dominio de la aplicación informática, además de adquirir simultáneamente lascompetencias propias de la asignatura.

Para tratar de paliar está dificultad y avanzar de manera adecuada en el aprendizaje de la materia se estableció como estrategia didáctica:

• Utilizar rutinas de simulación preparadas por el docente como ejemplo para cada tema.
• Asignar problemas o proyectos tipo para desarrollar las competencias en el estudiante (aprender haciendo) donde elestudiante modifique y adapte las herramientas suministradas.
• Aumentar el nivel de complejidad con cada ejemplo y rutina de simulación a medida que avanza el curso.
• Realizar ejercicios guiados y asesoría directa en Sala de Computación.

De esta manera se pretende que el estudiante de ingeniería en procesos químicos o ingeniería química mediante la utilización y adaptación de las rutinassuministradas por el docente pueda, en un tiempo razonable, adquirir las competencias que le permitan, no solo, adaptar las rutinas de simulación sino desarrollar sus propias rutinas de simulación para la caracterización y optimización operativa de procesos con reacción química.
2. Objetivos

• Formular un procedimiento general para la simulación y diseño de reactores químicos en fase homogénea.

•Realizar un ejemplo de aplicación, empleando rutinas de simulación en MathCad 14

• Orientar al estudiante y darle lineamientos de ingeniería que le permitan adquirir una metodología de análisis y caracterización de un proceso con reacción química.

• Validar la metodología.

3. PROCEDIMIENTO SUGERIDO PARA LA SIMULACIÓN.
Diez pasos para la Simulación de Reactores Químicos en fase homogénea1. Caracterización básica del proceso:
Determinar el sistema de referencia, Tipo de fases presentes, Tipo de Reacción, Tipo de proceso (Transitorio o Permanente), Variables Independientes (tiempo o dimensiones), Mecanismos de transferencia involucrados y Variables dependientes (Ci, X, T, P, P) Modelo de Reactor e hipótesis: Tanque Agitado (Batch, CSTR, Semilotes), Tubular (PFR).

2.Organización, ajuste y consolidación de los datos:
Fijar sistema de unidades a trabajar.
Ordenar la data directa y determinar los datos indirectos.
Establecer para la Reacción: Reactivos, Productos, Inertes.
Variables dependientes de entrada, To, Te, Po, Co, Cio, Ceo
Parámetros de entrada: Qo, Fo, Fio, xoi o yoi, xei o yei
Determinar reactivo limitante. A
Estandarizar la (s) reacción (es)Cinética de reacción: Ao, Ea, k(T)
Datos termodinámicos:
Calor de reacción: H°i o H°r, Cpi
Requerimientos térmicos: Establecer si se pretende operar isotérmicamente, calentar o enfriar.
Seleccionar el tipo de energía de calentamiento (fuego directo con combustible, resistencia eléctrica, o en su defecto el tipo de termofluido (líquido, gas, vapor).
Determinar o estimar el coeficiente global...
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