Ejercicio propuesto para el 4º día del taller de modelado de reactores químicos con MATLAB - Octave UPM

1. Curso de Introducción a Octave/Matlab
para Ingenieros Químicos
Computer-aided Chemical
Engineering
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2. Sesión 3 – Reactor de flujo
pistón (RFP)
Computer-aided solutions for Chemical Engineering
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3. cacheme.org Objetivos de la sesión
Resolución de problemas de RFP
• Problema 1 – Reacción en fase gas sobre
catalizador de óxido de aluminio
• Problema 2 – Craqueo de acetona
• Problema 3 – Craqueo térmico de hidrocarburos

4. cacheme.org Problema 1: Enunciado
Pista:
Combinar BMs en RFP y
ecuaciones cinéticas

5. cacheme.org Problema 1: BM y Ec. Cinética
R
j r α
BM en RFP Ec. Cinética
R
dn 
j i ij r r α
   







r  k  C 
C
A B
r  k  C 
C
A B
2 2
r  k  C 
C
B C
3
2
r  k  C 
C
A C
1 1
2
3 3
2
1 1
n
V
Q
C
Matriz A B C D E F
α NH O NO H O N NO
ij 3 2 2 2 2
r 4 5 4 6 0 0
0 3 1 0
2
1
 
r 2 3
2
 
r 0 1 2 0 0 2
3
 
r 4 0 6 6 5 0
4
 
dn
S  n 
dn
j j
A 0

 

S A G E j

G r dV


 
Sistema de ecuaciones diferenciales
 
  ...

A B F
1 1 1
  ...

A B F
2 2 2
| | |




6 6 6 4 6
dn
dn

A B F r
1 2 3 4 1 4
1 4
...
, ,..., r r r
A B F x
x
x
dV
dV
dn
dV
 





 

  


  
Entonces:
 
  o
V vo
sum n
sum n
Q Q
 

dV
r
E n
j
j
j
 


 
i 1
i ij
dV
 
i 1

6. cacheme.org Problema 1: Script y Solución

7. cacheme.org Problema 1: Script y Solución

8. cacheme.org Problema 2: Enunciado
Ao
A
BM y ec. cinética
n  R  T   
X
jo o A A
Ao
A
 
r
n
α
ΔH

jo j A
dV
dT
A
n
α
n Cp ΔCp X
dX

   


 
  A o
A k X P
dX
  
 
1
1 
BE

9. cacheme.org Problema 2: Script y Solución

10. cacheme.org Problema 2: Script y Solución
SOLUCIÓN:
Vreactor = 1,5 L
Treactor = 944 K

11. cacheme.org Problema 3: Enunciado
• Craqueo térmico del etano.
• Tubos horizontales en el interior de un horno de llama.
• Quemadores a ambos lados de los tubos.
• Se considera la variación de presión a lo largo del reactor.
• Sistema ODE, 8 compuestos, T y P

12. cacheme.org
Problema 3: Enunciado
El craqueo térmico del etano se realiza en tubos de gran longitud dispuestos
horizontalmente en el interior de un horno de llama con quemadores a ambos
lados de los tubos. Considere que para nuestro caso de estudio se disponen
de dos tubos que recorren el horno paralelamente. La longitud del tubo es de
100 m y el diámetro interno de 0.108 m. El alimento consiste en 68.68
kg/(m2∙s) de una mezcla gaseosa con un 98.2% molar de etano, 1% de
C2H4 y 0.8% de C3H6. La presión de entrada es de 2.93 bar y la temperatura
de entrada de 680ºC. El flujo de calor por unidad de área aportado al reactor
es de 80 kJ/(m2∙s).
a) Estudiar la evolución de la temperatura y de la concentración y el
rendimiento (expresados como kg de compuesto / 100 kg de etano) de
cada componente a lo largo del reactor.
b) Repetir el apartado anterior considerando ahora el efecto de la variación de
presión a lo largo del reactor. Suponer que la viscosidad del gas es
constante e igual a 10‐5 Pa∙s, y que el factor de fricción se puede calcular
como: f = 0.046Re-0.2 , donde Re es el nº de Reynolds.

13. cacheme.org Problema 3: Enunciado

14. cacheme.org Problema 3: BM, BE y BEM

15. cacheme.org Problema 3: BM, BE y BEM

16. cacheme.org Problema 3: Script y Solución

17. cacheme.org Problema 3: Script y Solución

18. Curso de Introducción a Octave/Matlab
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