Diseño en Estado Estable de Sistemas CSTR v2
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7/21/2019 Diseo en Estado Estable de Sistemas CSTR v2
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Diseo en estado establede sistemas CSTR
Gustavo E Ramirez CaballeroAlvaro Ramirez Garcia
Diseo de
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1. Reaccin irreversible, un soloreactivo
,
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,
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Balance Chaqueta
Conversin
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Diseo de
Balance Chaqueta
Del balance or com onente
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Diseo de
FactorpreexponencialEnerga de activacin
Peso molecular 1!!Densidades
Densidad delen!riadorCapacidad calor"ca
Capacidad calor"caen!riador
Calor de reaccin
#emperatura deentradaCaudal de entrada
Composicinalimento#emperatura entradaen!riadorCoe"ciente de
Peso molecular 1!!
Teniendo en cuenta la si"uiente in#ormacin, ara un reactor CSTRdonde ocurre una reaccin irreversible con un solo reactivo A $ % &"ra'(ue el e#ecto de la tem eratura TR de la corriente de los
roductos )entre * + * las conversiones !. , !.-, !. , sobre elvolumen del reactor /R, el di0metro del reactor D, el 0rea detrans#erencia de calor A , el calor trans#erido a la c2a(ueta 3, latem eratura de salida del 4uido de en#riamiento T , * el 4u o del4uido de en#riamiento 5 . Analice los resultados.
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7/45Diseo de
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Diseo de
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Diseo de
Si
Com etencia entre *
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Diseo de
ice de esta%ilidad del reactor&
E'emplo& calcular el indice de estabilidad del reactor diseado con unaconversin del !6, * tem eratura del reactor de 7 78
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Diseo de
1. Analizar (ue asa cuando se incrementa el alimento enun !6.
9. Analizar (ue asa cuando el calor de reaccin seincrementa en un 1!6 * 9!6 del valor utilizado. :acer elan0lisis a una conversin ' a del -!6.
7. Analizar (ue asa cuando el coe'ciente de trans#erenciade calor se reduce a un !6 * -!6 del valor base. :acer elan0lisis a una conversin ' a del -!6.
;. Analizar (ue asa cuando la relacin es i"ual a 1 * ;.:acer el an0lisis a una conversin ' a del -!6.
. Analizar (ue asa cuando el orden de reaccin cambia adonde . :acer el an0lisis a una conversin ' a del -!6.
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Diseo de
CSTR con ser ent
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Diseo de
Si es e=ot>rmico
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Diseo de
%lemas de diseo a resolver&metro de la tuberia del ser ent
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Diseo de
Di(metro de la tu%eria
i(metro de una vuelta del serpentn ) del di(metro del reactor
Espacio entrevueltas delserpentn
*olo un serpentn
Relacin del reactor
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Diseo de
+lgoritmo&
Asi"nar un valor inicial al di0metro del reci iente
. Calcular el lar"o del reci iente
7. Calcular el n@mero de vueltas (ue caben en el reci iente con el lar"odel reci iente calculado
l l l l d l
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Diseo de
;. Calcular el lar"o del ser ent
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Diseo de
na vez se sabe las dimensiones del reactor, se rosi"uea calcular cuanto es el 4u o del 4uido de en#riamiento.
Se conoce&
5alta 2allar
1. Se su one un valor de , debe ser menor a
9. Se calcula
7. Se calcula el valor de la trans#erencia de calor
;. s es su'cientemente arecido a arar, de lo contrario continuar laiteracin
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Diseo de
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Diseo de
Reaccin irreversible dosreactivos
:a* dos reactivos cada uno tiene una corriente de entrada, solo 2a*un roducto. a masa se conserva ero los moles no.
:a* un n@mero in'nito de combinaciones de * (ue da la mismavelocidad de reaccin.
n roblema de diseo es esco"er la me or combinacin de * .Su on"a (ue en la lanta lo (ue no reacciono de * debe serrecu erado en un sistema de se aracin * reciclado al reactor. Cuales el me or diseo del roceso?
ones (ue involucran dos reactivos tienen un "rado de libertad adicional en el di
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Diseo de
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Diseo de
Caudal de salida delreactorComposicin alimento
olumen del reactor 1#emperatura reactor 777
Constante de lavelocidad de reaccin a--- . Factor preexponencial
Energa de activacinPeso molecular
Peso molecular 9!!
Densidades
Densidad /uido de
en!riamiento
1!!!
Capacidad calor"ca ,
Capacidad calor"caen!riadorCalor de reaccin
elocidad de
produccion de#emperatura deentrada
Caudal de salida delreactor
olumen del reactor 1
#emperatura reactor 777
Constante de lavelocidad de reaccin a--- .
9!!
Densidades
Densidad /uido deen!riamiento
1!!!
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Diseo de
Reactor
Alimento #resco de
Alimento #resco de
Reciclo de
Reciclo de %
roducto de
Reactor
Alimento #resco de
Alimento #resco de
Reciclo de
Reciclo de %
roducto de
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Diseo de
a roduccin de es la misma en los dos diseos.
a corriente de entrada antes del reciclo son las mismas.
os rocesos se di#erencian en el reciclo.
En cual diseo se necesita menor ener"
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Diseo de
Reaccin reversible e=ot>rmica
El diseo de CSTR con reacciones irreversibles se trata de encontrar latem eratura (ue ma=imice la conversin
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Diseo de
Constante de lavelocidad de reaccin
hacia adelante a --- . Constante de lavelocidad de reaccinhacia atras a --- . Factor preexponencialhacia adelanteFactor preexponencialhacia atras
Energa de activacinhacia adelanteEnerga de activacinhacia adelanteCalor de reaccin
Caudal de entrada alreactorCaudal de entrada alreactorComposicin alimento
Constante de lavelocidad de reaccin
hacia adelante a --- . Constante de lavelocidad de reaccinhacia atras a --- .
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Diseo de
A ma*ores tem eraturas mas r0 ida es la reaccin, ero masba a es la constante de e(uilibrio
a as tem eraturas la conversin es ba a or(ue la velocidad de reaccin es ba
em eraturas altas la conversin es ba a or(ue la constante de e(uilibrio es b
El reactor de uede alcanzar una conversin de B6 a 7 !8, estaconversin tambi>n uede ser alcanzada or el reactor de 9!! endos untos de tem eratura
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Diseo de
Reacciones consecutivas
Croducto deseado ,
roducto indeseado
El reto del diseo del CSTR con reacciones consecutivas es "arantizar unaselectividad deseada. os reactivos (ue lleven a la roduccin de un
roducto indeseado se mantienen en ba as ro orciones. os reactivos(ue lleven a la roduccin de un roducto deseado se mantienen en altas
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Diseo de
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Diseo de
onsideraciones& Si la se"unda reaccin tiene ma*or ener"
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Diseo de
Reacciones simultaneas
roducto deseado ,
roducto indeseado
El reto del diseo del CSTR con reacciones simultaneas es "arantizar una
selectividad deseada. a selectividad va a de ender de la tem eratura dereaccin * la cin>tica de la reaccin
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Diseo de
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Diseo de
onsideraciones& Como los mismos reactivos est0n involucrados en las dos racciones, la
conversin no se uede a ustar con la concentracin de los reactivos.a selectividad de ende de la tem eratura * cin>tica de las dos
reacciones.roducto deseado es C, se debe esco er una tem eratura tal (ue 1 sea ma*or
Si el orden de la reaccin es di#erente, si se uede u"ar con lasconcentraciones de los reactivos
ara un reactor de 9!! con 4u os de de cada alimento. a concentracinm0=ima de C ocurre a 7;78, ero 2a* una cantidad si"ni'cativa de D
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Diseo de
Constante de lavelocidad a --- . Constante de lavelocidad a --- . Factor preexponencial
Factor preexponencial
Energa de activacin
Energa de activacin
Calor de reaccin
Caudal de entrada alreactorCaudal de entrada alreactorComposicin alimento
olumen del reactor 9!!olumen del reactor 9!!
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Diseo de
Hulti les reactores
1 reactor&
I I
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Diseo de
9 reactores&
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Diseo de
Reactor autore#ri"erado
#emperatura reactor
#emperatura reactor
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Diseo de
#emperatura dealimento
#emperatura dealimento de
en!riamiento#emperatura de salida del
agua de en!riamiento71B
Constante de lavelocidad a -0- .
Factor preexponencial
Energa de activacin
Calor de reaccinCalor de vapori1acin
Caudal de entrada alreactor
Composicin alimento
Composicin alimento
Peso molecular !
Peso molecular 1!!
Densidad del lquido -!1
Densidad agua deen!riamiento
1!!!
Capacidad calor"ca delproceso
717B
#emperatura dealimento
#emperatura dealimento de
en!riamiento#emperatura de salida del
agua de en!riamiento71B
Calor de vapori1acin
!1!!
Densidad del lquido -!1
Densidad agua deen!riamiento
1!!!
Capacidad calor"ca del
proceso
717B
Capacidad calor"ca del ;1-7
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Diseo de
Sistema reactor&
Del balance molar&
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Diseo de
ara (ue el "as suba al condensadordebe 2aber una caida de resin,su oner
Como calcular la tem eratura delcondensador?Asuma condensacin total del "as (ueentra al condensador
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Diseo de
sando el m>todo de KeLtonJRa 2son
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Diseo de
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Diseo de
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