Reactor PFR

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA

INGENIERÍA QUÍMICA

INGENIERÍA DE LA REACCIÓN I

DEBER EN MATLAB

EJERCICIO 1

ESTUDIANTES:

DÁVILA ZORAYA

GORDÓN JESSICA

JÁTIVA KARINA

FECHA DE ENTREGA: 2014-11-28

SEMESTRE: 2014-B

OBJETIVOS

Representar gráficamente la variación de las concentraciones de reactivo A, producto B y la conversión respecto a la longitud de un reactor de flujo pistón.

Evaluar la variación de la concentración del reactivo A y del producto B a lo largo de la longitud de un reactor de flujo pistón.

Evaluar como varía la conversión del reactivo A, a lo largo de la longitud del reactor de flujo pistón.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La reacción A 2B se lleva a cabo en un reactor de flujo pistón de 15 L de capacidad a 110 K.

Representar la evolución de la concentración de A y B.

Representar la variación de la conversión respecto a la longitud de la tubería utilizada como reactor.

Realizar el estudio para la longitud total del reactor.

Datos

Vo= 1 L/min

CAo= 2 Kmol/L

k= 0.28 min-1

Sección de la tubería (catálogo 80)= 1.905 * 10-3 m2

Intervalo de cálculo= 0.01 m

ESQUEMA

Figura 1. Esquema de un reactor PFR

Ecuación de balance de materia:

F_jo-F_j+∫▒r_j dV= (dN_j)/dt [1]

DESARROLLO DE MODELO MATEMÁTICO

Ecuación General para un reactor PFR

-(dF_j)/dV= r_j [2]

Ecuación para reactor PFR aplicada a la reacción A 2 B

-(dF_A)/dV= r_A [3]

El flujo del reactivo A está definido por la expresión:

〖F_A=ϑ〗_o C_A [4]

Se reemplaza F_A en la ecuación [3]

-(ϑ_o dC_A)/dV= r_A [5]

Se considera que en una misma área transversal, no existe cambio de concentración, por lo que la variación del volumen resulta:

dV=AdL [6]

Se reemplaza la ecuación [6] en [5]

-(ϑ_o dC_A)/AdL= r_A [7]

La ley de la velocidad para una ecuación de primer orden:

r_A=kC_A [8]

Reemplazando la ley de la velocidad en la ecuación [7]

-(ϑ_o dC_A)/AdL= 〖kC〗_A [9]

Aplicación del método de Euler en la ecuación [9]

-(ϑ_o ΔC_A)/(A ΔL)= 〖kC〗_A [10]

∆C_A= C_A-C_Ao [11]

-(ϑ_o (C_A-C_Ao))/(A ΔL)= 〖kC〗_A [12]

C_A=-(〖k C〗_A A ΔL)/ϑ_o +C_Ao [13]

C_A=C_Ao-(〖k C〗_A A ΔL)/ϑ_o [14]

ALGORITMO

PROGRAMACIÓN

La resolución del ejercicio planteado se la realizó mediante MATLAB con la siguiente programación:

%Ejercicio 1.

%La reacción A==2B se lleva a cabo en un reactor de flujo pistón de 15 L de capacidad a 110 K.

%a) Representar la evolución de la concentración de A y B.

%b) Representar la variación de la conversión respecto a la longitud de la tubería utilizada como reactor.

%Realizar el estudio para la longitud total del reactor.

clc;

clear all;

%Ingreso de variables

Vo=input('Ingrese el valor de la variable Vo (L/min):');

Cao=input('Ingrese el valor de la variable Cao (Kmol/L):');

k=input('Ingrese el valor de la variable k (min^-1):');

deltay=input('Ingrese el valor del intervalo de longitud:');

A=input('Ingrese el valor de la variable A (m^2):');

L=input('Ingrese el valor de la longitud del reactor:');

Ca=Cao;

Cbo=0;

a=1;

b=2;

z=b/a;

i=1;

for y=0:deltay:L;

Ca=Ca-k*Ca*A*deltay*1000/Vo;

x=(Cao-Ca)/Cao;

Cb=Cbo+z*Cao*x;

Cap(i)=Ca;

Cbp(i)=Cb;

yp(i)=y;

xp(i)=x;

i=i+1;

end

plot(yp,Cap,yp,Cbp,yp,xp);

legend('Ca','Cb','x');

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