tema 4 (reactores)
Post on 27-Dec-2015
39 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Tipos de reacciones Soluciones electrolíticas (representadas en Aspen por
Reactions – Chemistry)
Formación de especies iónicas
Sin presencia de electrolitos (representadas en Aspen por Reactions – Reactions)
Controladas por la velocidad de reacción
Limitadas por el equilibrio
2
Tema # 4: Reactores
Tipos de reacciones: Iónicas Prediseñadas – Aspen Plus
Seleccionada la sal o componente a disociarse y el agua.
Grupo de posibles disociaciones, incluyendo hidratos
Automáticamente se generan las sales o iones presentes en la simulación
Comando: Elec Wizard – Aspen Plus
3
Tema # 4: Reactores
Tipos de reacciones: Equilibrio Suministradas las reacciones presentes
Coeficientes estequiométricos de reactantes y productos.
Constante de equilibrio calculada:
Aspen plus: valores cargados
Pro II: valores a suministrar
Ecuación de la constante de equilibrio K
4
ln (Keq) = A + B / T + C*ln (T) + D*T
Tema # 4: Reactores
Tipos de reacciones: Controladas por la velocidad Ley de potencia (Power Law)
Mole gamma Keq= (xi i)ui (líquido)
Molal gamma Keq= (mi i)ui (electrolitos, líquido)
Mole fraction Keq= (xi)ui
Mass fraction Keq= (xim)ui
Molarity Keq= (Ci)ui
Molality Keq= (mi)ui (líquido)
Fugacity Keq= (fi)ui
Partial pressure Keq= (pi)ui (vapor)
Mass concentration Keq= (Cim)ui
5
Tema # 4: Reactores
Tipos de reacciones: Controladas por la velocidad
Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) – Aspen Plus Molaridad: Concentración molar del componente
(kmol/m3)
Molalidad: Molalidad del componente (mol/kg H2O)
Fracción molar
Fracción másica
Presión parcial: presión parcial del componente (N/m2)
Concentración másica (kg/m3)
6
Tema # 4: Reactores
Tipos de reacciones Reacciones poliméricas
Radicales libres Seleccionada la base de datos de componentes para hidrocarburos
COMBUST – Aspen Plus
Iónicas Seleccionada por la base de datos de componentes inorgánicos y
electrolitos
Ziegler-Natta Monómero
Etapa de inicio
Etapa de propagación
Etapa de culminación
8
Tema # 4: Reactores
Definición de las reacciones Datos de las reacciones
Grupo de reacciones para múltiples reactores
Definir reacciones primarias y secundarias de importancia
Reacciones prediseñadas en Pro II Reacción de desplazamiento de CO con vapor de agua
(Shift)
CO+H2O CO2 + H2
Reacción de metanación
CO + 3H2 CH4 + H2O
CO+H2O CO2 + H2
9
Tema # 4: Reactores
Tipos de reactores en los simuladores: Estequiométrico Usado cuando la cinética es desconocida o de poca
importancia Conocida la estequiometría y extensión molar de
las reacciones Especificaciones
Temperatura, incremento de temperatura Presión o P Fracción de vapor Calor
Conversión= A+B*T+C*T2
10
Tema # 4: Reactores
RStoic - Conversion Reactor
Reacciones simultáneas o consecutivas
Calcula
Calores de reacción
Genera reacciones y productos de combustión (NO2 y Nox)
Flujo y composiciones de productos
Propiedades físicas, químicas y termodinámicas de la mezcla
11
Tema # 4: Reactores
Reactor de Equilibrio Conocidas las reacciones estequiómetricas
Algunas o todas las reacciones presentes alcanzan el equilibrio químico
Puede trabajar en presencia de una o dos fases
Trabaja en presencia de sólidos pero se considera como una fase por separado.
12
Tema # 4: Reactores
Requil - Equilibrium Reactor Especificada
Presión, temperatura, calor o fracción de vapor.
Reacciones presentes
Calcula la constante de equilibrio por la energía de Gibbs, en base a la extensión molar del o los componente(s), o mediante la aproximación al equilibrio.
Calcula propiedades de las corrientes de salida.
13
Tema # 4: Reactores
Reactor Gibbs Usa la minimización de la energía libre de Gibbs
No requiere que sea especificada la estequiometría de las reacciones
Tipo de equilibrio: químico y/o de fases
Especificaciones de los inertes
Distribución de productos y fases presentes incluyendo sólidos
14
Tema # 4: Reactores
RGibbs - Gibbs Reactor Especificación del reactor
Presión, Caída de presión
Temperatura fija, temp salida, temp alimentación o calor.
15
Tema # 4: Reactores
Reactor de mezcla completa
Modela rigurosamente reacciones de una, dos o tres fases en mezclado perfecto.
Corriente de salida con las mismas propiedades de la mezcla presente en el reactor
Condiciones de operación del reactor Presión, caída de presión
Temperatura, calor, temperatura de salida.
Holdup: volumen, tiempo de residencia.
Fases presentes
16
Tema # 4: Reactores
RCSTR – CST/Boiling Pot Reactor
Boiling pot reactor: reacciones en fase líquida y una sola corriente de producto en forma de vapor
Puede involucrar reacciones con presencia de sólidos
Tipo de reacciones Cinéticas
Equilibrio
17
Tema # 4: Reactores
Reactor flujo pistón Modelo riguroso para reacciones del tipo flujo pistón.
Asume mezclado completo en dirección axial, sin mezclado en dirección radial.
Puede trabajar en presencia de una, dos o tres fases.
Posibilidades de incluir corrientes de refrigerante en co o contra corriente
18
Tema # 4: Reactores
RPlug – Plug Flow Reactor Las cinéticas pueden involucrar presencia de sólidos
Se debe conocer las cinéticas de reacción para las reacciones presentes
Especificaciones Presión, caída de presión
Perfil de presión
Perfil de temp
19
Tema # 4: Reactores
RPlug – Plug Flow Reactor Especificaciones (cont)
Perfil de calor
Calor constante
Temperatura del refrigerante
Número de puntos para generar perfiles de longitud del reactor
Diámetro de tubos
Número de tubos
20
Tema # 4: Reactores
Reactor por carga Modelo riguroso para reactores por carga o semicarga
La(s) reacción(es) ocurren hasta cumplir con la especificación (stop criteria-criterio de parada)
Procesos estacionarios y no estacionarios
Cinética conocida
21
Tema # 4: Reactores
RBatch Proceso de una, dos o tres fases
Especificaciones
Perfiles de presión, calor o temperatura
Temperatura, presión o calor constante
Ciclos de operación
Criterio de parada
Tiempo, Fracción molar, conversión, volumen total, presión parcial, fracción de vapor, etc.
El sistema presentará control perfecto cuando presente convergencia en la presión o volumen especificado.
En caso contrario asumirá el control de la temperatura mediante la siguiente ecuación:
22
Tema # 4: Reactores
RBatch - Controller
Donde: Q = Reactor heat duty (J/sec) Mc = Reactor charge (kg) K = Proportional gain (J/kg/K) T = Reactor temperature (K) T s = Temperature set point (K) I = Integral time (sec) D = Derivative time (sec) t = Time (sec) La ganancia estará especificada por unidad de masa
23
Tema # 4: Reactores
top related