estudio de la modelacion en reactores no isotermicos

7/23/2019 Estudio de La Modelacion en Reactores No Isotermicos

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ESTUDIO DE LA MODELACIONREACTORES NO ISOTERMICOSINTEGRANTES:

Aguilar Quiroz María Teresa

Medrano Tapia Marcelo

Ruiz Oporto Flor Marlene Valdiia Andr!s Mauricio

GR"#O :

VI $ise%o de Reactores II &#RQ'()*+

$O,ENTE:

Ing- ,rist.ian ,arrasco Villanuea #.$



INTRODUCCION

El estudio de los reactores no isot!r/icos es i/portante de0idte/peratura tiene una gran in2uencia en la cin!tica de reaariaci3n de la capacidad calorí4ca 5 energía de actiaci3n 5 caetc-+

6as ecuaciones de dise%o utilizadas para los reactores isot!r/icos

ta/0i!n para no isot!r/icas co/o ser las elecciones este1ueo/

di7erencia radica so0re todo en el /!todo para ealuar elecuaciones de ariaci3n de te/peratura a lo largo de reactores #

el calor es re/oido de reactores ,STR-



Es 0ien sa0ido 1ue la te/peratura aria so0re todo d

7or/a de la Reacci3n Quí/ica &e8ot!r/ica o endotcontinuaci3n se e8plican algunas aria0les t!

ter/odin9/icas 1ue a7ectan al dise%o:

• 6a e8istencia de tra0ao en el siste/a-

• 6a ariaci3n de entalpias &/ezcla5 7or/aci3n+

• ,apacidades ,alorí4cas &constantes o en 7unci3

te/peratura+



DEFINICIÓN#ara el dise%o de reactores no isot!r/icos necesita/os5 adecuaci3n de 0alance de /asa5 la ecuaci3n de 0alance de general5 esta depender9 de si el siste/a es cerrado o a0ierto-

,asi sie/pre5 los reactores reales operan en condiciones no

principal/ente por1ue las reacciones generan o a0sor0ecantidades de calor ; las elocidades de reacci3n dependen 7de la te/peratura-



FORMA GENERA6 $E6 <A6AN,E $E ENERG=A

Ealuaci3n del tra0ao >

)



CALOR AÑADIDO AL REACTOR , Q

CSTR

FIG.1Reactor CSTR con intercamia!or !e ca"or

#FR$#%R



REACTORES DE FLU&O CONTNUO NOISOTERMICOS

•CSTR En estado estacionario-,ON ENTA6#IAS:

,A6OR $E REA,,ION:



Reacciones entre 8 ; T para reacciones e8ot!r/icas ; ad

4g- Relaci3n de Te/peratura adia09tica ' conersi3n



6a ecuaci3n de dise%o

para un ,STR es:

CSTR con

intercamia!or !e ca"or

O'eraci(n a!ia)tica

!e *n CSTR



Aplicaci3n de un ,STR

E + A6GORITMO

A <



• MODELACIÓN DE REACTOR TU%ULAR ADIA%ATICO #FR- #ISTON

#ara el /odelado de este reactor se de0en realizar las consideraciones 1ue se est9 estudiando-

Así /is/o5 pode/os no/0rar ? casos:

CASO 1/ El reactor se opera A$IA<@TI,AMENTE

CASO 0/ El reactor est9 rodeado por un intercambiador de calor

CASO / El interca/0iador de calor en el caso * tiene a.ora la te/perainterca/0io de calor aria0le-



ASO 1/ E" reactor 2e o'era ADIA%3TICAMENTE

Con2i!eracione2/

Se trata de un siste/a no isot!r/ico: #or tanto e8iste: 0alance /9sico ; 0alance energ!ti No depende del tie/po5 sino de la ariaci3n de su El reactor est9 total/ente aislado de /edio-



ASO 0/ E" reactor e2t) ro!ea!o 'or *n intercamb

Con2i!eracione2/

Se trata de un siste/a no isot!r/ico: #or tanto e8iste: 0alance /9sico ; 0alance energ!ti No depende del tie/po5 sino de la ariaci3n de su E8iste calor proeniente del /edio .acia el siste/



En el caso de tra0ao:podría ser producido por o0etos co/o:

un agitador en un ,STR una tur0ina en un #FR

%a"ance !e ener45a/



A'"icaci(n !e *n Reactor T**"ar/ Algorit/o para #FR<#R

6a reacci3n ele/ental reersi0le: A <



M"6TI#6ES REA,,IONES Q"=MI,ASNO ISOTERMI,AS

REACTORES DE FLU&O #ISTON O FLU&OTA#ÓN #FR-

El 0alance deenergía para unsola reacci3n 1use e7ectBa en u#FR est9 dado

por la ecuaci3n



,uando se est9ne7ectuando/Bltiples

reacciones ; .a;C/C especies5 se

puede generalizar

a la siguienteecuaci3n:



REACTOR CSTR

El 0alance de

energía para unasola reacci3n 1uese e7ectBa en unreactor ,STR est9

dado por laecuaci3n:



,on 1 reacciones; / especies5 el

0alance del ,STRse conierte:



D-D- INTRO$",,IN A6 MTO$O $EAN@6ISIS



RESUMEN

En e" 're2ente e2t*!io, *n mo!e"o no

i2ot6rmico inte4ra" 2e 7a !e2arro""a!o'ara e2t*!iar e" ren!imiento !e *n

reactor S%R-, en "a 8*e 2e e"imina CO0en "a 're2encia !e SO0 me!iante e" *2o!e 2o"*ci(n !e NaO9. #ara e2te :n, e"mo!e"o !e ;*+o !e t*o 2e a'"ica 'ara

"a2 <a2e2 2("i!a2 = 4a2e2, = "*e4o

me!iante e" *2o !e "a2 "e=e2 !econ2er>aci(n !e "a ma2a = "a ener45a,

"a2 ec*acione2 8*e ri4en 'ara "a2 <a2e2!e 4a2 = 2("i!o2 2e !eri>an = 2e

re2*e">en n*m6ricamente.



?- SET?U# @METODOLOGAS



El reactor es una columna de cilindro de vidrio (Pyrex) con 850 m

altura, 94 mm de diámetro interno y 3 mm de espesor de pared !a parte in"erior en "orma de cono ten#a un án$ulo de 45%, &8 m

altura, y un diámetro de entrada de ' mm Para evitar la prdida de calor, la pared del leco esta*a cu*ier

un aislante

Es"eras de cristal de 0,5 a 0,8 mm de diámetro con un diá

promedio de 0,&5 mm y una densidad de +400 $ - m3

utili.ados como medio en surtidor

DESCRI#CIÓN DEL EQUI#O @ #ROCESO/




El aire "ue suministrado por un compresor de aire central, se pa

travs de un "iltro de aceite y se me.cl/ con 1+ y 21+ d

cilindros para "ormar de $ases de com*usti/n !os $ases 1+ omercial y 21+ con 99 de pure.a se aduir

en el mercado como cilindros de +0 y 40 $, respectivamente !a velocidad super"icial del $as en el reactor se re$ul/ por un me

de velocidad , y las tasas de "luo de 21+ y el 1+ se austaron

rotámetros !a me.cla de aire, 1+ y 21+ despus del precalentamiento p

calentador electr/nico "ue introducido al 267 por la parte in"erior !as concentraciones de 1+ y 21+ en la entrada y salida del 26

midieron por un monitor de in"rarroos de $as 1+ (03000

uardián Plus, Edim*ur$o :nstrumentos !imited) y anali.ador de

di$ital (0 a 3000 ppm, ;esto350<!)



!a temperatura del $as se midi/ con un termopar en la entra

del reactor y "ue controlado por un controlador 1n-1"" (mod

;P;9'9=, ;erminator ompa>#a) El idr/xido de sodio $ranulado (?a1=) con una pure.a de 99

"ue aduirido de a$ente de @erc en :rán !a soluci/n de idr/xido de sodio se aliment/ continuamente

leco en surtidor con una *om*a de dosi"icaci/n (A!< @B - BEtatron A2 manu"actured *y Etatron ompany) !a l#nea de alimentaci/n de la soluci/n "ue suspendido en

reactor a la altura de &0 cm desde el reactor mostrado en

dia$rama




MODELO MATEM3TICO

En este modelo, la "alta de uni"ormidad de reactor de leco "luidi.

es considerado por la divisi/n del leco para tres re$iones omo$*asado en las propiedades idrodinámicas y la porosidad

!as 3 re$iones incluyenC

(a) ?Dcleo central (re$i/n de corro) con el $as del "luo y

part#culas ascendentes

(*) Bnular (re$i/n anillo) con el "luo de $as acia arri*a y acia a*a

"luo del pa*ell/n de part#culas

(c) 7e$i/n del alto diluido (re$i/n de "uente) en el ue las part#cs/lidas de salida se devuelven desde la re$i/n de corro a la re

anillo En esta re$i/n el $as y la "ase s/lida están en la "orma d

reactor de "luo mixto

i/ á i i i d l d l d



na representaci/n esuemática y caracteri.aciones del modelo de

reactor se muestra en la si$uiente "i$uraC



En el presente estudio, las ecuaciones se extienden *asado e

modelo idrodinámico de 2ánce. et al (+000) con la excepci/n

ue de*ido a la me.cla excesiva, re$i/n de "uente es consider

como un reactor de "luo mixto !os supuestos *ásicos de emodelo son las si$uientesC

(a) En la re$i/n del anillo se utili.a el modelo de tu*os de "luo

(*) En la re$i/n de *ouilla, el "luo de $as se considera ue es

"luo pist/n

(c) ;odo el $as de salida de la re$i/n de *ouilla entra en la "uente

(d) !a presi/n en todas las partes del reactor se considera constan(e) En la re$i/n del anillo, la trans"erencia de calor entre los tu*os

"luo adyacentes se reali.a por convecci/n

(") El calor de reacci/n se asi$na a las part#culas s/lidas E

ener$#a se intercam*ia entonces entre el $as y s/lido por

mecanismo de conducci/n de calor en todas las re$iones



$) Ae*ido a la naturale.a tur*ulenta de "ase $aseosa en el rea

nin$una resistencia de trans"erencia de masa se considera entre e

y "ases s/lidas() Ae*ido a las variaciones de las part#culas $ruesas s/lidos de

temperatura, las propiedades termo"#sicas s/lidos se su

constante

(i) En la suspensi/n del reactor se distri*uye entre los part#culas

re$i/n de la "uente por i$ual

() !as variaciones de la masa provocados por la reacci/n u#mic

descuidan() En la re$i/n de "uente, el "luo de $as se considera como e

reactor de "luo mixto



7eali.andoC

a) 6alance de masa total del $as

*) Ecuaci/n de *alance de masa del 1+

c) Ecuaci/n de *alance de masa del 21+

d) Ecuaci/n de *alance de masa del vapor de a$ua

e) radiente de temperatura en "ase $aseosa") radiente de temperatura en la "ase s/lida

Bnali.ando las velocidades de reacci/n se$DnC

Re2*men ec*acione2 8*e ri4en



Re2*men ec*acione2 8*e ri4en!*rante tre2 re4ione2 !e" S%R

EB're2ione2 'ara e" c)"c*"o !e "o



EB're2ione2 'ara e" c)"c*"o !e "o'ar)metro2 !e !in)mica !e;*i!o2 !e" "ec7o.

Las correlaciones utilizadas para el cálculo de los coeficientes



de transferencia de calor y masa en tres regiones diferentes d

SBR :

Las condiciones experimentales y los factores de especificaciones de

columna y requisitos obligatorios para la especificación por parte del

usuario para la simulación.



SIMULATION OF A S#OUTEDREA

4 1?!2:1?E2



4 1?!2:1?E2!a eliminaci/n simultánea de 1+ y 21+ utili.ando la soluci/

idr/xido de sodio en un reactor de leco "luidi.ado semi sec

estudi/ mediante el uso com*inado concepto tu*os de "luo, las leye

la conla conservaci/n de la masa y la ener$#a y el modelo de a*so

reactiva no isotrmico apacidad del modelo para predec

comportamiento idrodinámico del sistema, además de la e"icienc

eliminaci/n de 1+ es examinado por comparaci/n de los result

con los datos experimentales ;am*in se estudi/ el e"ecto de al$

parámetros de dise>o !as principales conclusiones de este estud

pueden resumir de la si$uiente maneraC

• 2e encontr/ ue las concentraciones de 1+ y 21+ de entrada

relaci/n de -ms tienen e"ectos considera*les en la e"icienci

eliminaci/n de 1+, mientras ue la temperatura del $as de entrad

in"luyen en el rendimiento del reactor de manera si$ni"icativa



• En adici/n, la eliminaci/n de 1+ de e"iciencia se increment

aumentar la concentraci/n de 1+ de entrada y por la disminuci/

la concentraci/n de 21+ de entrada, ; - ms y la temperatura de

de entrada

• ;eniendo en cuenta el promedio de valores de los errores de

resultados del modelo con los experimentales existentes máxm#nimo y revela una *uena concordancia entre las prediccio

experimentales y modelo

• Bdemás, los parámetros de dise>o de 267 tienen si$ni"icativa

rendimiento del e"ecto del sistema ue al incrementar el diámetro

leco, aumenta la e"iciencia de a*sorci/n

• El modelo desarrollado podr#a utili.arse para el dise>o de 2

industriales

4 7EFE7E?:B2



4 7EFE7E?:B2

Nonisot!ermal modeling of simultaneous "#$and S#$rem

in a semidry spouted bed reactor& Chemical Enginee

Department, College of Engineering, University of Isfahan, H

Jerib Blvd., Isfahan, Iran

@ultipase modelin$ o" nonisotermal reactive "loG in "luidi.ed *

reactors , arles niversity in Pra$ue, Faculty o" @atematics a

Pysics, @atematical :nstitute, 2oolovsá 83, H8& '5 Pra$ue 8

.ec 7epu*lic I=BJ IKric niversity o" Bpplied 2ciences,

:nstitute o" omputational Pysics, 840H Jintertur, 2Git.erland

= 2cott Fo$ler, Elementos de in$enier#a de las reacciones u#m

3er Ed, @xico

estudio de la modelacion en reactores no isotermicos

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