Reactor tubular
Páginas: 11 (2538 palabras)
Publicado: 14 de febrero de 2012
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
CÁTEDRA DE MODELADO MATEMÁTICO
TALLER Nº 4.
TEMA: MODELADO DE UNA REACCIÓN EXOTÉRMICA IRREVERSIBLE EN FASE GASEOSA EN UN REACTOR TUBULAR DE LECHOS
QUITO, 08 DE ENERO DE 2011
TABLA DE CONTENIDOS
RESUMEN EJECUTIVO 3
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 4
ANÁLISIS DEL PROBLEMA 5RESULTADOS DE LA RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA 6
ANÁLISIS DE RESULTADOS 7
CONCLUSIONES 8
RECOMENDACIONES 9
ANEXOS 10
MODELO MATEMÁTICO 11
CÓDIGO DE SIMULACIÓN 12
RESUMEN EJECUTIVO
[Esta sección debe contener un resumen del trabajo para lectura del ejecutivo, que no es ingeniero sino administrador, quien es quien tiene el poder de decisión. No debe exceder tres cuartos de página, y debecontener información acerca de las consideraciones que se han hecho para realizar el trabajo; acerca de qué se ha hecho; respecto de cómo se ha hecho; y debe presentar los resultados que se han obtenido, e indicar las conclusiones a las que se ha llegado, y las recomendaciones que el grupo desee hacer; y debe –sobre todo- indicar si el grupo considera que el proyecto es viable] [2]
El presente trabajotiene como objetivo formular el modelo matemático y efectuar la simulación digital de la operación de una reacción exotérmica irreversible en fase gaseosa en un reactor tubular de 3 lechos. La operación se llevará a cabo a una presión de 1 atm con una temperatura de seguridad de 220°C para el catalizador.
Para el diseño del reactor tubular se ha establecido un área transversal de 6 dm2.Se considera que el reactor tubular opera en estado estacionario, produciéndose una reacción exotérmica que genera calor en cada uno de los 3 lechos. Este calor va a ser retirado a través de dos serpentines de enfriamiento que se encuentran a la salida de cada lecho.
Al reactor tubular ingresa un flujo gaseoso con una concentración inicial del componente A, que al pasar por cada uno de lostres lechos reacciona produciéndose el componente B, con una conversión distinta en cada lecho. Por otra parte, se considera que no existen pérdidas de calor en el reactor.
Se ha empleado la simulación por computador (Visual Basic Applications de EXCEL) en el estudio de la disminución de la concentración, aumento de la temperatura y aumento de la conversión del componente A en función de lalongitud de cada lecho del reactor tubular.
A través de la simulación se estableció que el reactor tubular debe contener 3 lechos de 1, 2, 3 dm de longitud para alcanzar una conversión total del 90%.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
[Esta sección debe indicar en qué consiste el problema que el grupo debe resolver. Se puede utilizar el texto MSWord proporcionado por el profesor] [1]
El problemaconsiste en obtener el modelo matemático y realizar la simulación de una reacción exotérmica irreversible en fase gaseosa en un reactor tubular que está formado por 3 lechos. El diagrama del proceso se muestra en la Ilustración 1.
Ca, Cb
Se alimenta al reactor una corriente gaseosa de la especie química A con un flujo volumétrico F (dm3/min), concentración molar Cao(g-mol/dm3), y una temperaturaTo.
Lecho 3
Q
Q
Lecho 2
Lecho 1
Cao, To
Figura 1. Reactor Tubular para la producción de B
En el reactor se produce la reacción exotérmica A k B que desprende un calor de reacción (∆Hr) [KJ/mol A]. Se ha determinado que la cinética de la reacción es (-rA)= kCA. La constante de la reacción es dependiente de la temperatura, y puede representarse por medio del modelo de Arrheniusk=ko e-ERT . El calor liberado por la reacción en cada lecho es removido por uno de los dos serpentines de enfriamiento en su respectiva etapa.
ANÁLISIS DEL PROBLEMA
[En esta sección el grupo debe indicar el proceso lógico que ha seguido para resolver el problema] [2]
Para resolver el problema propuesto, se procedió de la siguiente manera:
1. Tanto los reactivos como los productos...
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
CÁTEDRA DE MODELADO MATEMÁTICO
TALLER Nº 4.
TEMA: MODELADO DE UNA REACCIÓN EXOTÉRMICA IRREVERSIBLE EN FASE GASEOSA EN UN REACTOR TUBULAR DE LECHOS
QUITO, 08 DE ENERO DE 2011
TABLA DE CONTENIDOS
RESUMEN EJECUTIVO 3
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 4
ANÁLISIS DEL PROBLEMA 5RESULTADOS DE LA RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA 6
ANÁLISIS DE RESULTADOS 7
CONCLUSIONES 8
RECOMENDACIONES 9
ANEXOS 10
MODELO MATEMÁTICO 11
CÓDIGO DE SIMULACIÓN 12
RESUMEN EJECUTIVO
[Esta sección debe contener un resumen del trabajo para lectura del ejecutivo, que no es ingeniero sino administrador, quien es quien tiene el poder de decisión. No debe exceder tres cuartos de página, y debecontener información acerca de las consideraciones que se han hecho para realizar el trabajo; acerca de qué se ha hecho; respecto de cómo se ha hecho; y debe presentar los resultados que se han obtenido, e indicar las conclusiones a las que se ha llegado, y las recomendaciones que el grupo desee hacer; y debe –sobre todo- indicar si el grupo considera que el proyecto es viable] [2]
El presente trabajotiene como objetivo formular el modelo matemático y efectuar la simulación digital de la operación de una reacción exotérmica irreversible en fase gaseosa en un reactor tubular de 3 lechos. La operación se llevará a cabo a una presión de 1 atm con una temperatura de seguridad de 220°C para el catalizador.
Para el diseño del reactor tubular se ha establecido un área transversal de 6 dm2.Se considera que el reactor tubular opera en estado estacionario, produciéndose una reacción exotérmica que genera calor en cada uno de los 3 lechos. Este calor va a ser retirado a través de dos serpentines de enfriamiento que se encuentran a la salida de cada lecho.
Al reactor tubular ingresa un flujo gaseoso con una concentración inicial del componente A, que al pasar por cada uno de lostres lechos reacciona produciéndose el componente B, con una conversión distinta en cada lecho. Por otra parte, se considera que no existen pérdidas de calor en el reactor.
Se ha empleado la simulación por computador (Visual Basic Applications de EXCEL) en el estudio de la disminución de la concentración, aumento de la temperatura y aumento de la conversión del componente A en función de lalongitud de cada lecho del reactor tubular.
A través de la simulación se estableció que el reactor tubular debe contener 3 lechos de 1, 2, 3 dm de longitud para alcanzar una conversión total del 90%.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
[Esta sección debe indicar en qué consiste el problema que el grupo debe resolver. Se puede utilizar el texto MSWord proporcionado por el profesor] [1]
El problemaconsiste en obtener el modelo matemático y realizar la simulación de una reacción exotérmica irreversible en fase gaseosa en un reactor tubular que está formado por 3 lechos. El diagrama del proceso se muestra en la Ilustración 1.
Ca, Cb
Se alimenta al reactor una corriente gaseosa de la especie química A con un flujo volumétrico F (dm3/min), concentración molar Cao(g-mol/dm3), y una temperaturaTo.
Lecho 3
Q
Q
Lecho 2
Lecho 1
Cao, To
Figura 1. Reactor Tubular para la producción de B
En el reactor se produce la reacción exotérmica A k B que desprende un calor de reacción (∆Hr) [KJ/mol A]. Se ha determinado que la cinética de la reacción es (-rA)= kCA. La constante de la reacción es dependiente de la temperatura, y puede representarse por medio del modelo de Arrheniusk=ko e-ERT . El calor liberado por la reacción en cada lecho es removido por uno de los dos serpentines de enfriamiento en su respectiva etapa.
ANÁLISIS DEL PROBLEMA
[En esta sección el grupo debe indicar el proceso lógico que ha seguido para resolver el problema] [2]
Para resolver el problema propuesto, se procedió de la siguiente manera:
1. Tanto los reactivos como los productos...
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