Presentación de PowerPoint€¦ · Pueden utilizarse en reactores de Equilibrium y Gibbs....

Integración IVMódulos de DWSIM (III)

Equipos con reacción química en DWSIM

2018

Profesor: Dr. Nicolás J. ScennaJTP: Dr. Néstor H. RodríguezAux. 1ra: Dr. Juan I. Manassaldi

Modelos de reactores presentes en DWSIM

Reacciones químicas soportadas por DWSIM

Las reacciones pueden se de 4 tipo:

Equilibrio (Equilibrium): Se definen a partir de una constante de equilibrio (K). La fuente de información para la constante de equilibrio puede ser un cálculo directo de energía Gibbs, una expresión definida por el usuario o un valor constante. Pueden utilizarse en reactores de Equilibrium y Gibbs.

Conversión (Conversion): Se definen por la cantidad de un compuesto básico que se consume en la reacción. Esta cantidad puede ser un valor fijo o una función de la temperatura del sistema. Son soportadas por el reactor de Conversión.

Cinética (Kinetic): Se definen a partir de una expresión cinética. Son soportadas por los reactores PFR y CSTR.

Catalíticas heterogéneas (Heterogeneous Catalytic): Obedecen al mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, donde los compuestos reaccionan sobre una superficie sólida de catalizador. En este modelo, las velocidades de reacción son una función de la cantidad de catalizador (es decir, mol/kg cat.s). Son soportadas por los reactores PFR y CSTR.

Modelos de reactores presentes en DWSIM

Para realizar una simulación de un reactor, se necesitan definir las reacciones químicas que tendrán lugar en el reactor. Esto se realiza a través del Administrador de Reacciones (Reactions Manager).

Administrador de Reacciones químicas (Chemical Reactions Manager).

Conversión

Equilibrio

Cinética

Catalíticas heterogéneas

Reacciones de Conversión

Compuestos incluidos en la reacción

Nombre y descripción


Componente base de la reacción

Coeficientes estequiométricos

Verifica la estequiometría


Calor de reacciónReacción

Fase de la reacción

% de conversión en función de la temperatura

Ejemplos de Reacciones de Conversión

2 2 33 2H N NH Conversión del 40% del Nitrógeno

Ejemplos de Reacciones de Conversión

4 2 2 22 2CH O CO H O Combustión del 100 %

El N2 no interviene en la reacción.

Suele aparecer porque se utiliza aire para la combustión.

Reacciones de Equilibrio

Funcionalidad de la constante de equilibrio

Forma de calculo de la Keq

Ejemplos de Reacciones de Equilibrio

2 2 33 2H N NH

Ejemplos de Reacciones de Equilibrio

n-Butano -Butanoi

Reacciones de Cinética

Orden de reacción (directo e inverso)

Parámetros de Arhenius

'

k

kA B

E

RTk Ae

'

' 'E

RTk A e

Ejemplos de Reacciones de Cinética

MeAc BuOH MeOH BuAc

Ejemplos de Reacciones de Cinética

6 5 2 5 6 5 2 2 2C H C H C H C H CH H

Ley funcional de la velocidad de reacciónLas variable son:TR1, R2, …, RnP1, P2, …, Pn

Reacciones Heterogéneas Catalíticas


3 2 3 32CH OH H O CH OCH


2 2 2H O CO H CO


4 2 23CH H O H CO

Ejemplo: Combustión de gas natural

Se desea conocer la temperatura de llama que se alcanza al quemar 1 kg/s de gas natural (suponemos metano puro) con una relación másica de 1:40 fuel-aire. Se considera que el gas y el aire ingresan a 298.15 y 1 atm.

4 2 2 22 2CH O CO H O

Reacción de combustión del metano

Corriente de combustible

Corriente de aire

Mezcla para ingresar al reactor

Reactor de conversión

Paquete de reacciones que intervienen en el reactor

Métodos de calculo disponibles:• Isotérmico• Adiabático• Con temperatura de salida definida

Caída de presión

Reactor de conversión

Compressor

air

Combustor

fuel

expander

exhaust

Ejemplo: Simulación de una turbina de Gas

Ejemplo: Simulación de una turbina de Gas

Ejemplo: Reactor de equilibrio

2 2 33 2H N NH Alimentación estequiométrica

Reacción de equilibrio

Reactor de equilibrio 450 ºC 100 atm

Reactor de Gibbs

Ejemplo: Reactor CSTR y PFR

1

2

3

2

k

l l l

k

l l l

k

l l l

EtO H O MEG

MEG EtO DEG

DEG EtO TEG


1

2

k

l l lEtO H O MEG


1

2

k

l l lEtO H O MEG

1

1 1

E

RTk Ae

21EtO EtO H Or k C C

Define las unidades de la expresión cinética


1

2

k

l l lEtO H O MEG

1

1 1

E

RTk Ae

21EtO EtO H Or k C C 2 3

;EtO H O

molC C

m

3EtO

molr

m s

3

1

mk

mol s

¿?


1

2

k

l l lEtO H O MEG

1

1 1

E

RTk Ae

3

1.

mk

mol s

1

JE

mol

T K

3

1.

mA

mol s


1

2

k

l l lEtO H O MEG

1 exp 13.62 8220k T

13.62 8220

1 e.min

T Lk e

mol

13.62 38220

1

e

60.1000 .s

T mk e

mol

1A1E

RTe

13.62 3

1

e

60.1000 .s

mA

mol

1 8220E

RT T

1 8220E R

1 8220 8.314472.

JE K

mol K

3

1 13.7069.s

mA

mol

1 68344.9598J

Emol

Análisis Paramétrico

Se analizara de manera automática la variación de la composición de salida con el tamaño del reactor


Copiamos los datos y los pegamos en Excel


0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 10 20 30 40 50 60

Ethylene glycol

Diethylene glycol

Triethylene glycol


Se analizara la variación de la conversión del EtO con el tamaño del reactor


Se analizara la variación de la conversión del EtO con el tamaño del reactor

¿Conversión?

in out

in

EtO EtO

EtO

EtO

F Fx

F

Moles consumidos de EtO

Moles alimentados de EtO


in out

in

EtO EtO

EtO

EtO

F Fx

F



Variables del flowsheets que necesito para la expresión de la conversión

Molar Flow (Mixture) / Ethylene Oxide


in out

in

EtO EtO

EtO

EtO

F Fx

F



Estudio paramétrico del reactor de equilibrio

2 2 33 2H N NH


2 2 33 2H N NH

100 bar

350 bar

600 bar

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