MULTIPLICIDAD DE ESTADOS
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ESTACIONARIOS EN REACTORES
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CONTINUOS DE MEZCLA PERFECTA
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ESTABILIDAD Y DINAMICA
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Equilibrio termodinámico en reactor químico: Análisis de ecuaciones y estados - Prof. Herg, Apuntes de Ingeniería Química
Documento que presenta el análisis matemático de los equilibrios termodinámicos en un reactor químico, incluyendo la descripción de las ecuaciones del sistema y el estudio de los estados estacionarios, así como la multiplicidad de estados estacionarios y la evolución de perturbaciones.
Tipo: Apuntes
Antes del 2010
1 / 60
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MULTIPLICIDAD DE ESTADOS
MULTIPLICIDAD DE ESTADOS
ESTACIONARIOS EN REACTORES
ESTACIONARIOS EN REACTORES
CONTINUOS DE MEZCLA PERFECTA
CONTINUOS DE MEZCLA PERFECTA
ESTABILIDAD Y DINAMICA
ESTABILIDAD Y DINAMICA
Reactores Químicos Reactores Químicos
2.1.-2.1.
- Distintos tipos de reactores
Distintos tipos de reactores
2.2.- 2.2.
- Elección de reactor y condiciones de operación
Elección de reactor y condiciones de operación
2.2.-
- Ecuaciones de conservación de materia, energía ...
Ecuaciones de conservación de materia, energía ...
5.5.-
- Reactor continuo de mezcla perfecta ideal
Reactor continuo de mezcla perfecta ideal
9.-9.
- Regímenes de temperatura
Regímenes de temperatura
BLOQUE 2.BLOQUE 2.-
- REACTORES HOMOGENEOS
REACTORES HOMOGENEOS
BLOQUE 1.- BLOQUE 1.
- CONCEPTOS Y FUNDAMENTOS DEL DISEÑO
CONCEPTOS Y FUNDAMENTOS DEL DISEÑO
PROGRAMA DE LA ASIGNATURAPROGRAMA DE LA ASIGNATURA
19.-19.
- Régimen
Régimen autotérmico
autotérmico
20.-20.
- Control y seguridad en reactores químicos
Control y seguridad en reactores químicos
BLOQUE 3. BLOQUE 3.-
- REACTORES NO IDEALES
REACTORES NO IDEALES
BLOQUE 4.BLOQUE 4.-
REACTORES HETEROGÉNEOS REACTORES HETEROGÉNEOS
BLOQUE 5. BLOQUE 5.-
ASPECTOS ADICIONALES EN EL DISEÑOASPECTOS ADICIONALES EN EL DISEÑO-
-OPERACIÓN
OPERACIÓN
OBJETIVOS
OBJETIVOS
Determinar losDeterminar los estados estacionarios
estados estacionarios posibles en un reactor
posibles en un reactor
contínuo de mezcla perfecta y su dependencia con las variablescontínuo
de mezcla perfecta y su dependencia con las variables
de diseño-de diseño
-operación.
operación.
Estudiar la
Estudiar la estabilidad
estabilidad de tales estados determinando las
de tales estados determinando las
condiciones en que ésta se produce, y valores límite de estas
condiciones en que ésta se produce, y valores límite de estas
condiciones (
condiciones (valores críticos
valores críticos).
Determinar la
Determinar la evolución temporal
evolución temporal del sistema
del sistema reaccionante
reaccionante
cuando partimos de estados distintos a los estacionarios.
cuando partimos de estados distintos a los estacionarios.
(comportamiento dinámico
comportamiento dinámico)
Sistema en estudioSistema en estudioEcuaciones del sistema (descripción matemática)Ecuaciones del sistema (descripción matemática)Multiplicidad de estados estacionarios. Valores críticos de lasMultiplicidad de estados estacionarios. Valores críticos de las
variables de operación (ignición y extinción).variables de operación (ignición y extinción).
Estabilidad de los estados estacionarios. CondicionesEstabilidad de los estados estacionarios. CondicionesComportamiento dinámico. Planos de fasesComportamiento dinámico. Planos de fases
Estados fuera de límites de seguridad
Estados fuera de límites de seguridad
Ejemplo prácticoEjemplo prácticoConclusión-Conclusión
-resumen
resumen
PARTES
F
F
A0A
C
C
A0A
T
T
00
C
C
AA
T
T
V
V
F
F
AA
C
C
A A
T
T
V
V
aa
T
T
a a
F
F
a a
F
F
a a
T
T
a a
T T
aa
REACTOR
REACTOR M.P
M.P. CONTINUO (CSTR)
. CONTINUO (CSTR)
Corriente de Corriente de
alimentación alimentación
Corriente deCorriente de
salida salida
Refrigerante Refrigerante
A
R
n = 1
A
R
n = 1
T
T
a a
PARTES
Sistema en estudioSistema en estudioEcuaciones del sistema (descripción matemática)Ecuaciones del sistema (descripción matemática)Multiplicidad de estados estacionarios. Valores críticos de lasMultiplicidad de estados estacionarios. Valores críticos de las
variables de operación (ignición y extinción).variables de operación (ignición y extinción).
Estabilidad de los estados estacionarios. CondicionesEstabilidad de los estados estacionarios. CondicionesComportamiento dinámico. Planos de fasesComportamiento dinámico. Planos de fases
Estados fuera de límites de seguridad
Estados fuera de límites de seguridad
Ejemplo prácticoEjemplo prácticoConclusión-Conclusión
-resumen
resumen
UA(T
a
-T) -
A
c
p
F
s
(T-T
0
H
r
(-r
A
)V = C
A
Vc
ps
d
dt
T
//
A A
0
cc
p p
F F
ss
F
A
c
ps
UA
(T
a
-T) - (T-T
0
C
A
c
ps
H
r
(-r
A
τ
τ
dt
dT
BALANCE ENERGÍA BALANCE ENERGÍA
(T
a
-T) - (T-T
0
C
A
c
ps
H
r
(-r
A
τ
τ
dt
dT
κ
pipi
c c
psp
s
∑ ∑
i i
c c
M M
ii
==
dd d td t
TT
κ
=
F
A
∑
i
M
i
c
pi
UA
(T
a
-T
a
UA(T-T
a
a
c
a
p
F
= V
a
.C
a
.c
pa
d
dt
T
a
β
=
UA
a
c
a
p
F
/ /F
F
aa
.c .c
pa pa
BALANCE ENERGÍA BALANCE ENERGÍA
Refrigerante
(
) -
=
τ
a
β
T-T
a
(T
a
-T
a
)
d
dt
T
a
dd d td t
TT
aa
PARTES
Sistema en estudioSistema en estudioEcuaciones del sistema (descripción matemática)Ecuaciones del sistema (descripción matemática)Multiplicidad de estados estacionarios. Valores críticos de lasMultiplicidad de estados estacionarios. Valores críticos de las
variables de operación (ignición y extinción).variables de operación (ignición y extinción).
Estabilidad de los estados estacionarios. CondicionesEstabilidad de los estados estacionarios. CondicionesComportamiento dinámico. Planos de fasesComportamiento dinámico. Planos de fases
Estados fuera de límites de seguridad
Estados fuera de límites de seguridad
Ejemplo prácticoEjemplo prácticoConclusión-Conclusión
-resumen
resumen
BALANCES EN ESTADO ESTACIONARIO BALANCES EN ESTADO ESTACIONARIO
F
A
. C
p
(T
0
- T
c
UA(T
c
-T
a
/F /F
A0.A0.
cc
p0p
T
c
=
1 +
κ
κ
T
a
- T
0
=
UA + c
pS
F
A
T
0
F
A
c
pS
- UAT
a
κ
(T
c
- T
a
) = (T
0
- T
c
T
T
cc
Temperatura de referencia para el reactor Temperatura de referencia para el reactor
(en est(en estado estacionario con
ado estacionario con X
X
A A
(-
Δ
Hr)
k
τ
1 +k
τ
= c
ps
(T-T
0
) +
U A
F
A
(T-T
a
) = c
ps
(1+
κ
) (T-T
c
)
Reactor Reactor
BALANCE DE MASA BALANCE DE MASA
d t d t dCd
C
AA
= 0= 0
C
A
- C
A
- k
τ
C
A
=
0
BALANCE ENERGÍA BALANCE ENERGÍA
dd d td t
TT
= 0= 0
A
ps
(T
a
-T) - (T-T
0
) -
C
c
Δ
H
r
(-r
A
)
τ
=
0
G (T)G (T)
R (T)
R (T)
x
A
1 + k
τ
k
τ
τ
k
0
exp(-E/RT)
τ
k
0
exp(-E/RT)
(-
Δ
H
r
) X
A
= c
ps
(1+
κ
) (T -T
c
)
T
T
T
s s
G(T)R(T)
R(T)
G(T)
T
c
cal
mol
DETERMINACION GRAFICA DE UN ESTADO ESTACIONARIODETERMINACION GRAFICA DE UN ESTADO ESTACIONARIO
T
R(T)
c
T
c (1+
)
ps
κ
R(T)
T
To
R(T)
T
a
T
o
T
κ
=
κ
=
∞
κ
TERMINO DE CALOR RETIRADO TERMINO DE CALOR RETIRADO
R (T)
R (T)
Efecto TªEfecto
Tª Alimentación
Alimentación
Efecto Transf. Calor Efecto Transf. Calor
R(T) = c
ps
) (T-T
c
adiabático
isotermo
T
c
=
1 +
κ
κ
T
a
- T
0
T
G(T G(T)
)
R(T)
11
22
3 3
44
55
66
7 7
8 8
9 9
T T
c c
T T
c c
TT
c3 c
TT
c4c
T T
c c
T entrada
To1To2To3To4To
Treactor
Ts1Ts
Ts
Ts
Ts
Ts
Ts
Ts
Ts
To
To
To
To
To