Ejercicio propuesto para el 6º día del taller

1. Iniciación al diseño de reactores
con MATLAB - Octave
Computer-aided Chemical Engineering
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RFP ( Sacarosa)
3/12/2013

2. Sesión 4 – Combinación de
RFPs / RCTA
Computer-aided Chemical Engineering
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RFP ( Sacarosa)
3/12/2013

3. cacheme.org Objetivos de la sesión
• Resolución problema de sucesión de RFP
• Problema 1: Hidrólisis de sacarosa en glucosa y fructosa
• Resolución problema de RCTA
• Problema 2
PyConES 24/11/2013 3

4. cacheme.org Problema 1: Enunciado
• Se quiere llevar a cabo siguiente reacción en fase líquida:
• La reacción es de primer orden respecto a la sacarosa y de orden cero respecto al
agua.
• De los resultados experimentales se dedujo que la constante de velocidad vale 0.0193
s-1 a 50 ºC y una energía de activación de 125.3 kJ/mol.
• Junto con la reacción anterior se produce simultáneamente la formación de otro tipo de
hexosas no deseadas, siguiendo una cinética análoga a la de la reacción anterior:
• La constante de velocidad de esta segunda reacción sigue la ley ln 푘 = −5.64 −
220
푇
con
푘 en s-1 y 푇 en K.
PyConES 24/11/2013 4
퐸푘1(푇) = 푘푒−
푎
푆 + 퐴 → 퐺 + 퐹
0푅푇 2퐼
푟1 = 푘1(푇) 퐶푠푎푐푎푟표푠푎
푟2 = 푘2 푇 퐶푠푎푐푎푟표푠푎 푘2(푇) = exp(−5.64 −
220
푇
)

5. PyConES 24/11/2013 5
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Problema 1: Enunciado
• El caudal de entrada de alimento es 400 L/min a 50ºC de una disolución
• Las concentraciones de entrada son 2 M de sacarosa, que contiene también glucosa a
0.1 M y el resto de agua (suponer que la densidad de la corriente es igual a la del
agua)
• Se desea obtener dos productos con diferente concentración de glucosa (1.5 y 1.0
M), por lo que se piensa en dos reactores de flujo pistón conectados en serie cuya
sección es 0.1 m2. Para acelerar la reacción, a continuación de donde se extrae el
primer producto se alimenta la mitad de la corriente del alimento inicial, tal y como se
muestra en la figura siguiente:

6. PyConES 24/11/2013 6
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Problema 1: Enunciado
• Los reactores están enfriados con agua de refrigeración a una temperatura
de 30ºC, siendo el coeficiente global de intercambio de calor U igual a 1.0
kJ/(s·m2·K). Entre ambos reactores existe un intercambiador de calor, de
manera que la temperatura de la corriente de entrada al segundo reactor es
igual a la de la corriente de alimentación del primer reactor (50ºC).
Se pide:
• Calcular las longitudes necesarias de ambos reactores (L1 y L2) para
conseguir las especificaciones deseadas a la salida de cada reactor.
• Dibujar los perfiles de concentración y de temperatura en ambos reactores.

7. cacheme.org
• Datos
PyConES 24/11/2013 7
Problema 1: Enunciado

8. cacheme.org
Problema 1: BM y BE
Donde L es la variable de longitud del reactor y A es el área perpendicular del reactor.

9. Problema 1: BM y BE cacheme.org

10. cacheme.org Problema 1: Script
Archivo principal

11. cacheme.org
Problema 1: Script
Archivo de función del primer RFP
퐸푎
푅푇
푘1(푇) = 푘0푒−
푘2(푇) = exp(−5.64 −
푟1 = 푘1(푇) 퐶푠푎푐푎푟표푠푎
푟2 = 푘2 푇 퐶푠푎푐푎푟표푠푎
220
푇
)
Reactor 1 (BM1 y BE1)
Reactor 2(BM2 y BE2)

12. cacheme.org Problema 1: Solución
LR1 = 1,588 m
[Glucosa] = 1,5 M
LR2 = 0,837 m
[Glucosa] = 1 M

13. cacheme.org Problema 2: Enunciado

14. Problema 2: BM y BE cacheme.org
C C
j a j a j r


, lim , lim
 ij i
dC
dt


       
 
UA T  T  Q C Cp T  T  V 
H T r C T
, lim lim ,
W v j a j a i i j
 
1 1

 


 


S


j
j j
S
j
R
i
V C Cp
dT
dt
1
Balance de Materia
Balance de Energía

15. 24/11/2013 PyConES 15
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