Prof. Charles Gutiérrez

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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

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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

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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

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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

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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)

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Tema # 4: Reactores

Tipos de reacciones: LHHW – Aspen Plus

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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

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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Tema # 4: Reactores

RGibbs - Gibbs Reactor Especificación del reactor

Presión, Caída de presión

Temperatura fija, temp salida, temp alimentación o calor.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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:

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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

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Tema # 4: Reactores

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