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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES

YTO YTO RICHARD GONZALO 1.

V

Cui: 20160627 LAB. DISEÑO DE REACTORES

ECUACIONES DE DISEÑO DE REACTOR PFR EN FUNCION DE LA CONVERSION

GRUPO: LUNES DE 12:20 – 14:00 TURNO: B

AREQUIPA 2020 06/06/2020

PRACTICA N° 5 ECUACIONES DE DISEÑO DE REACTOR PFR EN FUNCION DE LA CONVERSION

OBJETIVO • •

Deducir y Aplicar las formulas con las cuales se rigen los reactores PFR en función del flujo y la conversión Ver en una simulación de Excel la aplicación de las formulas mediante gráficos.

PROCEDIMIENTO VER EL VIDEO reactor módulo 1 o el video 48.84 hasta el minuto 51.08 https://www.youtube.com/watch?v=8kUXeybLsCI&t=587s

Realizar la simulación en Excel para el problema siguiente: Una mezcla de gases consiste en 50% de A y 50% de gases inertes a 10 atm (1013kPa) e ingresa al reactor con una velocidad de flujo de 6 dm3/s a 300°F (422.2 K). Calcule la concentración entrante en A (CA0) y la velocidad de flujo molar entrante, FA0. Con estos datos. Calcular el volumen necesario para alcanzar una conversión de 80% en un reactor PFR (es decir X=0.8) Solución: De las practiacs anteriores recordamos como hallar la concentracion entrante en A y la velocidad de flujo molas entrante. Hallamos la concentración en A

Hallamos el Flujo molar:

Mediante la ecuación el resultado es:

La ecuación para hallar el volumen es:

Para resolver la Integral aplicamos la formula cuadrática de cinco puntos (regla de Simpson), podemos aplicar el método de 4 puntos o 3 puntos o 2 puntos, pero obtendríamos resultados poco precisos. Se entiende que, para calcular un volumen de un reactor en función de la conversión, cuando tenemos conversiones altas como 0.8 o 0.9

se debe utilizar un mayor número de secciones para hallar el área bajo la curva y obtener un resultado más preciso, al trabajar con conversiones menores de 0.5 o 0.6 podría utilizarse el método de 3 puntos o de 3 puntos, al trabajar con conversiones mucho menores de 0.1 o 0.2, se podría trabajar con el método de Simpson de 2 puntos, este contenido puede revisarse en el Apéndice A.4 del libro Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas del autor S. Fogler . Tiene un principio parecido al cálculo bajo la curva por el método trapezoidal o del trapecio.

Para desarrollar nuestro problema. Utilizaremos el método de 5 puntos. Obtenemos que ΔX=0.2, ya que iniciaremos en una conversión que comience en 0 luego aumentara a .02 luego a .4 luego a 0.6 y luego a 0.8, obteniendo los 5 puntos para poder utilizar la siguiente formula

El volumen para un reactor PFR será de 225 dm3.

TRABAJO PROPUESTO Un gas A puro a 830 KPa (8.2 atm) entra en un reactor con velocidad de flujo volumétrico, Vo, de 2 dm3/s a 500°K. Calcule la concentración a la entrada de este gas CA0, y la velocidad de flujo molar alimentada, FA0. Con estos datos Calcular el volumen necesario para alcanzar una conversión de 80%, 70%, 75%. en un reactor PFR (es decir X=0.8, X=0.70, X=0.75)

Si no se encuentran los datos tabularlos

X

0.0 2.22

0.1 2.70

0.2 3.33

𝑚3 ∙ 𝑠 (1/−𝑟𝐴)( ) 𝑚𝑜𝑙 Hallamos la concentración de A:

0.4 5.13

0.6 8.85

0.7 12.7

0.8 20

Hallamos el flujo molar: 𝐹𝐴0 = 𝐶𝐴0𝑣0 = (0.2369𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚3)(2.0𝑑𝑚3/𝑠) = 0.04737𝑚𝑜𝑙/𝑠

40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Finalmente hallamos el volumen: 1 𝑉 = 𝐹𝐴0 ( )𝑋 −𝑟𝐴

• CUANDO X=0.85

𝑉 = 1.3931517𝑑𝑚3 El volumen de CSTR necesario para lograr una conversión de 85% a la temperatura y presión especificada es de 1.3931 dm3.

• CUANDO X=0.7

𝑉 = 0.42111𝑑𝑚3 El volumen de CSTR necesario para lograr una conversión de 70% a la temperatura y presión especificada es de 0.4211 dm3.

• CUANDO X=0.75

𝑉 = 0.58051935𝑑𝑚3 El volumen de CSTR necesario para lograr una conversión de 75% a la temperatura y presión especificada es de 0.5805 dm3.

ESTADO DEL ARTE

ESTADO DEL ARTE Titulo articulo Autores

Resumen

Problema del conocimie nto

Objetivo del estudio

COMBUSTIÓN IN SITU: UN ESTUDIO DE REACTORES PARA REPRESENTARLA Jair Fernando Fajardo Rojas1 , María Carolina Ruíz Cañas2 , Samuel Fernando Muñoz Navarro Dentro la recuperación de crudos pesados, se encuentra una técnica que en la actualidad tiene poca aplicación comercial, en general por desconocimiento de los fenómenos químicos que en yacimiento tienen lugar, es necesario entonces, trabajar en estos aspectos, en busca de la solución al inminente problema en la reducción del nivel de reservas explotables de crudo alrededor del mundo. La complejidad en el estudio químico que la técnica requiere, ha dificultado su aplicación industrial, además de que el desconocimiento de aspectos como la cinética o el comportamiento del crudo durante la aplicación de la técnica no dan el nivel de confiabilidad suficiente para invertir, y desarrollar proyectos de recobro con esta técnica. Todo esto para poder garantizar en un futuro y tras próximos estudios al respecto y evaluaciones técnicas, la utilización industrial de la técnica. Los esfuerzos que en esta área se hagan son todos necesarios y teniendo en cuenta las expectativas de la técnica al futuro, serán bien recompensados lograr expresiones matemáticas en función de las ecuaciones de diseño, balances de masa, de energía y la aplicación de relaciones de aplicación en el entorno petrolero, como la ley de Darcy, un esquema de ecuaciones que determinen condiciones apropiadas de operación para el reactor, partiendo de una cinética de reacción simple de primer orden. Si bien es cierto que el desarrollo matemático con base en esa cinética no describe el comportamiento del sistema real, este es una aproximación para llegar a la descripción del sistema real.

CONCLUSIÓN ➢

➢

En conclusión pudimos deducir y Aplicar las diferentes formulas aprendidas en clase con las cuales se rigen los reactores CSTR en función del flujo y la conversión Pudimos hacer y lograr comprender las simulaciones hechas en Excel y también lograr apricar las diferentes formulas mediante gráficos

BIBLIOGRAFÍA ➢

https://www.youtube.com/watch?v=BPmw_5Zcy7s&feature=youtu.be

➢

https://www.fing.edu.uy/iiq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdf

➢

http://diposit.ub.edu/dspace/bitstream/2445/12703/1/APUNTS%20DE%20REACTORS %20QU%C3%8DMICS.pdf

➢

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/sistemasdereactores_9349.pdf

➢

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/moira/clases/clase8.pdf