Tarea 3Procesos Qumicos IIQ2133

Nombre: Joaqun Amenbar Montenegro

Pregunta 1: Mltiples unidades

a) Se construy el diagrama para el sistema completo:

Figura 1: Diagrama de flujos en el sistema.

Reaccin:

Substancias:1) 2) 3)

Los datos que caracterizan a los flujos mostrados en la figura 1 se encuentran en las tablas 1 y 2.

N1N2N3N4N5

x11 = 0.30x12x13 = 0.35x14x15

(x21 = 0.70)x22x23x24x25

(x32)(x33)(x34)(x35)

T1 = 343.15 KT2T3T4T5

Tabla 1: Datos para los flujos 1-5.

N6N7N8N9 100 .00 mol/h

x16x17x18x19 = 0.40

x26x27(x28)(x29 = 0.60)

(x36)(x37)

T6 = 433.15 KT7 = 433.15 KT8 = 433.15 KT9 = 523.15 K

Tabla 2: Datos para los flujos 6-9.

Respecto a las relaciones presentes en el sistema:

R1) Conversin de [2] en el reactor 1

R2) Conversin de [1] en el reactor 2

R3) Relacin de intercambiador de calor

R4) Relacin de intercambiador de calor

b) Se realiza el anlisis de los grados de libertad combinados:

R1MR2ICESPGPC

+NVc711814811733

+NVu10101023

-NE444443323

-D33141339

-R10120004

-BC00000000

Total04344520

*Notar que en el separador no se considera el balance de energa. Esto porque es adiabtico y se sabe que las temperatura de entrada son iguales a las de salida. Por esto la ecuacin de BE no contiene ninguna variable y es nula si se considera la temperatura de referencia como la temperatura del flujo.

Se resuelve primero el reactor 1. Se determina por completo el flujo 2 y la velocidad de reaccin en ese reactor. Esto implica la actualizacin de los GL para el mezclador.

R1MR2ICESPGPC

-R1-400000-

Total00344520

A continuacin se trabaja el mezclador. Se determinan los flujos 1 y 3. Esto permite actualizar los GL para el reactor 2, y tambin los del PG.

R1MR2ICESPGPC

-M--30001-

Total00044510

Se trabaja con el reactor 2, lo que permite establecer la velocidad de reaccin correspondiente y caracterizar el flujo 4. Esto ltimo incide en los GL del intercambiador de calor. Tambin se conocen ahora los valores de velocidad de reaccin, por lo que se puede calcular el PG.

R1MR2ICESPGPC

-R2---4001-

Total00004500

A partir del intercambiador de calor se obtienen los datos de los flujos 5 y 8. El flujo 5 incide en los GL del enfriador y el 8 en los GL del separador.

R1MR2ICESPGPC

-IC----42--

Total00000300

Desde el enfriador se obtiene el valor del flujo de calor y tambin se caracteriza el flujo 6. Esto permite resolver el separador.R1MR2ICESPGPC

-Act.-----3--

Total00000000

Finalmente se actualiza el PG para comprobar la resolucin. Se sabe que sus ecuaciones de balance son dependientes de los balances para cada parte. Adems ahora es conocido el flujo 7 por completo y tambin el calor.

R1MR2ICESPGPC

-Act.------3+1-4-

Total00000000

Se tiene entonces un orden adecuado para la resolucin de este problema.

c) Se realizar ahora la resolucin del problema en base a lo obtenido en b). Primero se obtendr el a partir de las entalpas de formacin. Se sabe que como las substancias [1] y [2] son elementos, su es nulo. Luego,

Se establece adems que la temperatura de referencia para todos los balances de energa (excepto el separador) corresponder a 298.15 [K]. Como se mencion antes, la referencia del separador es 433.15 K, pues permite descartar un BE.

Los valores obtenidos que se plantean en cada resolucin fueron calculados en Excel mediante el uso de Solver.

1) Reactor 1

BM:1.1) 1.2) 1.3) (General 1: )

BE 1:

Para la resolucin se parte por utilizar R1), cuya nica variable es . Luego, a partir de este valor y el BM general 1 se obtiene . Despus se reemplazan los valores obtenidos en BM 1.1) para obtener , en BM 1.2) para obtener , y en BM 1.3) para obtener .

La nica incgnita que todava no es conocida es . Esta se obtiene a partir del BE 1. N290.40mol/hN9 100.00 mol/h

x12 = 0.39x19 = 0.40

x22 = 0.50(x29 = 0.60)

(x32 = 0.11)

T2 = 656.78 KT9 = 523.15 K

Tabla 3: Flujos del reactor 1.

2) Mezclador

BM:2.1) 2.2) 2.3) (General 2: )

BE 2:

Para realizar la resolucin se parte por hacer un sistema de ecuaciones entre BM 2.1) y BM general 2. Se tiene que las nicas variables son y . Se despeja primero y luego . Luego se reemplaza con estos valores en BM 2.2) y BM 2.3) para obtener y , respectivamente. Por ltimo se reemplazan todos los valores conocidos en el BE 2 y se obtiene el valor de la ltima variable, .

N171.20 mol/hN290.40mol/hN3161.60 mol/h

x11 = 0.30x12 = 0.39x13 = 0.35

(x21 = 0.70)x22 = 0.50x23 = 0.59

(x32 = 0.11)(x33 = 0.06)

T1 = 343.15 KT2 = 656.78 KT3 = 524.07 K

Tabla 4: Flujos para el mezclador.

3) Reactor 2

BM:3.1) 3.2) 3.3) (General 3: )

BE 3:

Para realizar la resolucin se parte desde R2). De ah se despeja . Luego se reemplaza en el BM general 3, para obtener . Se reemplaza este valor en BM 3.1), 3.2) y 3.3) para obtener , y (respectivamente). Finalmente se reemplazan los datos conocidos en el BE 3 para calcular el valor de .

N3161.60 mol/hN4152.06 mol/h

x13 = 0.35x14 = 0.34

x23 = 0.59x24 = 0.53

(x33 = 0.06)(x34 = 0.13)

T3 = 524.07 KT4 = 602.85 K

Tabla 5: Flujos para el reactor 2.

4) Intercambiador de calor

BM:4.1) 4.2) 4.3) (General 4: )

BE 4:

Para realizar la resolucin se parte por obtener de R3). Luego se reemplazan los valores conocidos en BM general 4 y se obtiene . Despus se trabaja con R4) para obtener . Se reemplazan los valores conocidos en BM 4.1) para calcular . A continuacin se usa BM 4.3) para obtener . Con esto se obtiene mediante la suma de las fracciones molares para el flujo 5 el valor de . Finalmente se reemplazan los valores obtenidos en BM 4.2) para sacar

Respecto a las temperaturas, la nica que no es conocida es . Se obtiene reemplazando los valores conocidos en el BE 4.

N4152.06 mol/hN5152.06 mol/hN8100.00 mol/hN9 100.00 mol/h

x14 = 0.34x15 = 0.34x18 = 0.40x19 = 0.40

x24 = 0.53x25 = 0.53(x28 = 0.60)(x29 = 0.60)

(x34 = 0.13)(x35 = 0.13)

T4 = 602.85 KT5 = 548.62 KT8 = 433.15 KT9 = 523.15 K

Tabla 6: Flujos para el intercambiador de calor.

5) Enfriador

BM:5.1) 5.2) 5.3) (General 5: )

BE 5:

Para resolver esta unidad se parte desde el BM general 6. Se obtiene as . Luego basta con reemplazar los valores conocidos en BM 5.1), 5.2) y 5.3) para calcular , y (respectivamente). Finalmente, como todos los valores de los flujos y sus respectivas temperaturas son conocidos, se usa el BE 5 para obtener el valor del flujo de calor.

N5152.06 mol/hN6152.06 mol/h

x15 = 0.34x16 = 0.34

x25 = 0.53x26 = 0.53

(x35 = 0.13)(x36 = 0.13)

T5 = 548.62 KT6 = 433.15 K

Tabla 7: Flujos para el enfriador.

6) Separador

BM:6.1) 6.2) 6.3) (General 6: )

Como se mencion anteriormente, aqu no se usar el BE. Se parte la resolucin a partir del BM general 6. Se obtiene as el valor de . Luego se reemplaza en BM 6.1), 6.2) y 6.3) para obtener , y (respectivamente).

N6152.06 mol/hN752.06 mol/hN8100.00 mol/h

x16 = 0.34x17 = 0.23x18 = 0.40

x26 = 0.53x27 = 0.41(x28 = 0.60)

(x36 = 0.13)(x37 = 0.37)

T6 = 433.15 KT7 = 433.15 KT8 = 433.15 K

Tabla 8: Flujos para el separador.

Finalmente, los flujos para el sistema completo sern los siguientes:

N171.20 mol/hN290.40mol/hN3161.60 mol/hN4152.06 mol/hN5152.06 mol/h

x11 = 0.30x12 = 0.39x13 = 0.35x14 = 0.34x15 = 0.34

(x21 = 0.70)x22 = 0.50x23 = 0.59x24 = 0.53x25 = 0.53

(x32 = 0.11)(x33 = 0.06)(x34 = 0.13)(x35 = 0.13)

T1 = 343.15 KT2 = 656.78 KT3 = 524.07 KT4 = 602.85 KT5 = 548.62 K

Tabla 9: Valores para los flujos 1-5.

N6152.06 mol/hN752.06 mol/hN8100.00 mol/hN9 100.00 mol/h

x16 = 0.34x17 = 0.23x18 = 0.40x19 = 0.40

x26 = 0.53x27 = 0.41(x28 = 0.60)(x29 = 0.60)

(x36 = 0.13)(x37 = 0.37)

T6 = 433.15 KT7 = 433.15 KT8 = 433.15 KT9 = 523.15 K

Tabla 10: Valores para los flujos 6-9.

Velocidades de reaccin:

Calor retirado: