Reactor batch f

Modelamiento de reactores batch

1. Reactor Batch UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ingeniería Química Grupo N° 3 - García Huamán Alexander - Layza Escoba Eymi - Luján Álvarez Luisita - Pumamango Pineda Kathia - Rojas Villegas Aldair - Tacca Huamán Brandy

2. Analizar las variables y leyes involucradas en la operación de un reactor químico. Realizar un estudio del reactor batch a partir de su modelo matemático. Objetivos Principio básico En la industria química, un reactor es un complejo dispositivo en el cual se realiza la transferencia de calor, de masa, difusión y fricción de sustancias químicas con medidas de control y seguridad.

3. 1° Análisis: identificar las variables, consideraciones del modelado. Modelo físico: Reactor Batch Contenido:

4. 1. Análisis

5. 2.1. Conservación de la materia Ley de acción de masas . Representa la expresión de la velocidad de reacción como función de la composición y de la temperatura. Balances Molares . La velocidad de reacción nos dice que tan rápido un número de moles de una especia química se consume para formar otra especie química. Estequiometria de reacciones químicas . Es la proporción teórica en que se combinan las especies químicas en una reacción química. 2. Identificar las leyes/hipótesis que gobiernan el sistema

6. ESTEQUIOMETRIA DE REACCIONES QUÍMICAS Balance para una Reacción Química Reversible Balance para una Reacción Química Irreversible

7. 2.2. Conservación de la energía La primera ley de la termodinámica es una consecuencia de la conservación de energía, la cual establece que, al suministrar una determinada cantidad de calor (Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la diferencia del incremento de la energía interna del sistema (ΔU) más el trabajo (W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores.

8. 2.3. Conservación de la cantidad de movimiento Se puede generalizar a un sistema de partículas. Un sistema de partículas es un conjunto de cuerpos o partículas del que queremos estudiar su movimiento. La cantidad de movimiento o momento lineal de un sistema de partículas se define como la suma de las cantidades de movimiento de cada una de las partículas que lo forman. Ley de Velocidad Consideremos que tiene lugar la siguiente reacción irreversible: A → B + C La siguiente expresión es válida para relacionar las velocidades de reacción entre una y otra especie:  

9. 3. Formular el modelo matemático Condiciones iniciales de un Reactor Batch : Balance molar:

10. Si la mezcla de reacción es perfectamente mezclada, de manera que no hay variación en la velocidad de reacción en todo el volumen del reactor. También podemos determinar el tiempo; sabiendo que la concentración es igual a: Ahora reemplazamos el (2) en (1):

11. Ejemplo aplicativo ( Fogler , 2008) U sted es el ingeniero a cargo de un CSTR, para la producción de propilenglicol . Supongamos que está considerando la posibilidad de instalar un nuevo CSTR de 175 galones recubierto de vidrio y decide verificar de manera rápida la cinética de la reacción. Tiene disponible un reactor intermitente de 10 galones con agitación, aislado y con instrumentos. Procede a cargar este reactor con 1 galón de metanol y 5 galones de agua que contiene 0.1% en peso de . Por motivos de seguridad, el reactor está ubicado en un cobertizo de almacenamiento a las riberas del Lago Titicaca. En esta época del año, la temperatura inicial de todos los materiales es de 38°F. ¿Cuántos minutos tardara la mezcla en el interior del reactor para alcanzar una conversión del 51.5% si la ley de velocidad de la reacción dada es la siguiente? ¿Cuál será la temperatura?  

12. Formulando el modelo matemático Ecuación de diseño N A0 = - r A V (1) Ley de velocidad - r A = kC A (2)   Estequiometria C A = (3)   Combinando las ecuaciones (2),(3) y (1), tenemos = K (1 - X)   Por los datos del ejemplo 8-8 K = (4.71 x 10 9 ) exp s -1 ó K = (2.73 x 10 -4 ) exp s -1   Balance de energía. Usando la relación entre X y T para una reacción adiabática está dada por   T = T +   Evaluando los parámetros del balance de energía, obtenemos la capacidad calorífica de la solución:   Cp s = ∑ Ө i Cp i = Ө A Cp A + Ө B Cp B + Ө C Cp C + Ө I Cp I Cp s = (1) (35) + (18.65) (18) + 0 + (1.670) (19.5) Cp s = 403 Btu/ lb mol A o F Del ejemplo 8-8: Cp = -7 Btu /lb mol o F  

13. 4. Resolver el modelo matemático ( Polymath )

14. 5. Interpretar los resultados GRÁFICA 1: Temperatura(T) vs Tiempo(t)

15. GRÁFICA 2: Conversión(X) vs Tiempo(t) Conversión

16. Discusión de Resultados

17. 6. Cambios requeridos y mejoras Sistema ARSST Experimentos para obtener datos de diseño en reactores más seguros

18. Conclusiones El diseño de un reactor químico requiere conocimientos de termodinámica, cinética química, transferencia de masa y energía, así como de mecánica de fluídos ; balances de materia y energía que son necesarios. En un reactor batch la composición es uniforme en cualquier instante y no existen flujos de salida ni entrada. El modelamiento de un reactor batch es un proceso sencillo cuando no se considera parámetros adicionales como intercambio de calor, agitación, reacciones reversibles, etc. Los reactores Batch suelen usarse en pequeñas producciones o pruebas piloto.

19. Gracias Feliz Halloween!!!