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  • Captulo 9

    Reactores deLecho EmpacadoDr. Fernando Tiscareno Lechuga

    Departamento de Ingeniera Qumica

    Instituto Tecnologico de Celaya

  • Algunas aplicacionesCondiciones de

    Proceso Catalizador Operacion

    Sntesis de amoniaco: Fe-K2O/Al2O3 450-550C

    N2 + 3H2 2NH3 >200 atmOxidacion parcial de etileno: Ag/Al2O3 200-270

    C2C2H4 +O2 2C2H4O 10-20 atmDeshidrogenacion de etilbenceno: Fe3O4-KOH >600

    CC6H5-CH2-CH3 C6H5-CH=CH2 +H2 1 atmProduccion de acido sulfurico: V2O5 380-390

    C2SO2 +O2 2SO3Hidrogenacion de benceno: Pt/Al2O3 500

    CCH4 +H2O CO + 3H2 30 atm

    Reactor empacado = Reactor de Lecho Fijo? Donde se empaca o coloca el catalizador? Representacion vs. Posicion del reactor?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p2

  • Modelos Unidimensionales

    Ecuaciones de Diseno Suposiciones? Una Reaccion

    W = Frl0

    frl0

    dfrl(rPrl)

    (9.1)

    Varias ReaccionesdFidw

    = rP i (9.2)

    dCidw

    =rP iV0

    (9.3)

    Diferencias con las ecuaciones de diseno para Reactores Homogeneos?Cuantas ecuaciones independientes?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p3

  • Modelos UnidimensionalesBalances de Energa, cuantos? Varias Reacciones en fase lquida y gaseosa:

    dT

    dw=

    4D

    1B U (TC T )

    nrxnr=1 Hr rPr

    V0 CP(9.6)

    dT

    dw=

    4D

    1B U (TC T )

    nrxnr=1 Hr rPr

    FT CP(9.7)

    Y para una reaccion? Lado de la chaqueta:

    dTCdw

    =

    4D

    1B U (TC T )FC CPC

    para operacion concurrente.

    +4D

    1B U (TC T )FC CPC

    para operacion contracorriente.

    (9.8)

    cDr. Fernando Tiscareno L./p4

  • Ejemplo 9.1A +B C +D, 100 lts @ 1.2 atm, 26C, yA0 = 0.98 y yB0 = 0.02

    n = 1 para B, [k]@100C = 0.0044ltg s y EA = 22,000

    calmol (Intrnsecos)

    P = 1.1g

    cm3; dP = 0.25 cm; y B = 0.50, B = P?

    Suponer = 1 (Solo efectos externos de masa y calor)

    kmam y ham @ 100C, 1.1 atm, = 0.028 cp, Pr = Sc = 0.9

    !#"

    %$&'

    140 cm largo, 22.2 cm DI y 3 mm Espesor; Tubo externo: 30.1 cm DI

    U = 0.008 cals C cm2

    (referido al area interna del tubo interno) Que???

    Ptubo externo = 0; Cada lineal en lecho V P1 = 1.0 atmH = -55,000 calmol, CP , en

    calmol C = 12.2 + 0.0011TC

    Perfiles de T y fB. Efectos de las resistencias?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p5

  • Ejemplo 9.1 (Continuacion 1) kmam y ham @ 100C, 1.1 atm, = 0.028 cp, Pr = Sc = 0.9 V [CP ]@100C =

    12.31 calmol C, lo necesitamos?

    CT =1.1 atm

    82.06 atm cm3

    mol K (100C + 273.15)

    = 3.592 105 molcm3

    vs =Va

    100 C+273.15Ta

    Pa1.1atm

    AT= 351.55 cms Va 6= V0? Cual es AT?

    Re = dP vsCT 102 = 1, 150 Regimen laminar?

    ae =pi dP

    2

    pi dP3

    6 p= 21.23 cm

    2

    g ?

    (kmam)B = 0.425lts g y ham = 0.188

    cals g C Son constantes?

    Velocidad puntual de reaccion = F(FB,Tg,z), Por que F(z)?(rPB) = [k]Ts CBs = (kmam)B (CBg CBs) =

    h am (Ts Tg)HB

    F(rPB) = (rPB) (kmam)B[[P ]zRTg

    FBFT (rPB)

    [k]Ts

    ]= 0

    (rPB) (kmam)B

    1.2 z7000.08206(Tg + 273.15) FB4.8883 (rPB)0.0044e

    22,0001.987

    1Tg

    55,000 (rPB)ham

    +273.15 1

    373.15

    = 0cDr. Fernando Tiscareno L./p6

  • Ejemplo 9.1 (Continuacion 2) Perfiles longitudinales, (rPB) se evalua en cada paso de integracion

    dFBdz

    = AT B (rPB)dTgdz

    =AT

    [4D U (TC Tg)HB B (rPB)

    ]FT CP

    dTCdz

    =387.08 4D U (TC Tg)

    FC CPC

    Cuidad unidades!; B = P (1 B) = 0.55 gcm3C.F. V Metodo de Disparo![FB]z=0 = FBa; [Tg]z=0 = [TC]z0 = T0 (Por la configuracion)Pero T0 desconocido! W [TC]z=140 cm = 26C

    Iteraciones por prueba y error o tonteos:

    T0,C 100 90 80 85 87 87.1

    TCz=140 cm,C -0.6 13.8 62.7 41.7 26.8 26.1

    cDr. Fernando Tiscareno L./p7

  • Ejemplo 9.1 (Continuacion 3)

    0.0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1 .0

    2 0

    4 0

    6 0

    8 0

    1 00

    1 2 0

    1 4 0

    1 6 0

    0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 00 1 2 0 1 4 0

    Fraccin

    Con

    versin Temperatura, C

    Longitud de Reactor, cm

    T

    T f

    Por que esos perfiles?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p8

  • Ejemplo 9.1 (Continuacion 4) Recordar que no hay resistencias internas:

    e =(rPB)[k]Tg CBg

    =[k]Ts CBs[k]Tg CBg

    =

    ([k]Ts[k]Tg

    ) (CBsCBg

    )

    0.7

    0.8

    0.9

    1.0

    1.1

    1.2

    1.3

    0 2 0 40 6 0 8 0 100 12 0 140

    Factor de E

    fectividad

    Externo

    Longitud de Reactor, cm

    cDr. Fernando Tiscareno L./p9

  • Ejemplo 9.2: Reactor AdiabaticoW = 20 T.M.; 2.5 m

    3

    s , 1.0 M de A y 0.5 M de B @ 50C

    A + 12 Bk1 C r 1 = 4.9 105 lt1.5g s mol 0.5 e

    55,000 Jmol8.314 Jmol K T CA

    CB

    C + 12 Bk2 D r 2 = 1.3 104 lt1.5g s mol 0.5 e

    48,000 Jmol8.314 Jmol K T CC

    CB

    H1 = +50KJmol y H2 = +76

    KJmol; P = 0.9

    gcm3

    y dP = 1 cm

    DeA, B y C = 0.00021, 0.00025 y 0.0002cm2

    s

    a) Si todas la resistencias despreciables V Perfilesb) Si existen resistencias interna de masa V Perfilesc) Para dP = 1 cm, comparar y explicar Cig = Cis con Cic

    d) fA, fB, SA C y RA C para varios dP en W = 20 T.M.

    cDr. Fernando Tiscareno L./p10

  • Ejemplo 9.2 (Continuacion 1) B.M. y E. Globales:

    dCAgdw

    = rP1V0

    dCBgdw

    = 0.5 rP1 + 0.5 rP2V0

    dCCgdw

    =rP1 rP2

    V0dTgdw

    = H1 rP1 +H2 rP2V0 CP

    a) rP1 = r 1 y rP2 = r 2

    C.F. V C.I.?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p11

  • Ejemplo 9.2 (Continuacion 2)

    b) RK anidado dentro RK para evaluar rP1 y rP2Metodo de disparo: Cis = Cig y Ts = Tg C.F.?

    dYAdr

    = 2rYA +

    PDeA

    (k1CACB)

    dYBdr

    = 2rYB +

    PDeB

    (k1CA

    CB + k2CC

    CB

    2

    )dYCdr

    = 2rYC +

    PDeC

    (k1CACB + k2CC

    CB)

    dCAdr

    = YA

    dCBdr

    = YB

    dCCdr

    = YC

    drP1dr

    =3 r2

    R3k1CA

    CB

    drP2dr

    =3 r2

    R3k2CC

    CB

    cDr. Fernando Tiscareno L./p12

  • Apendice I: Unidimensional FORTRAN Perfiles globales V RKDUMB , RK42, DERIVS2 Numerical Recipes Velocidades puntuales V Metodo de Disparo: SHOOT Integrador: ODEINT, RKQC, RK4 y DERIVS Newton: LUDCMP y LUBKSB Criterio de convergencia: SCORE; y Aproximaciones iniciales: LOAD

    Para masa interna pero adaptable a masa y calor internas y externasSUBROUTINE SCORE(X2,Y,F)

    IMPLICIT DOUBLE PRECISION(A-H,O-Z)

    DIMENSION Y(8), F(3)

    COMMON/SCORE/ CAS, CBS, CCS

    F(1)=CAS-Y(4)

    F(2)=CBS-Y(5)

    F(3)=CCS-Y(6)

    RETURN

    END

    cDr. Fernando Tiscareno L./p13

  • Ejemplo 9.2 (Continuacion 3)

    0.0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1 .0

    3 8

    4 0

    4 2

    4 4

    4 6

    4 8

    50

    0 5 1 0 1 5 2 0

    Conc

    entra

    cin,

    MTemperatura, C

    Peso de Catalizador, T.M.

    Co n r e s i s t e n c i a s y d

    = 1 c mS i n R e s i s t e n c i a I n t e r n a

    C

    C

    C

    T

    cDr. Fernando Tiscareno L./p14

  • Ejemplo 9.2 (Continuacion 3)En w = 0:

    0.0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1 .0

    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

    Conc

    entra

    cin,

    M

    Radio, cm

    C

    C

    C

    w, T.M. CAg CAc CBg CBc CCg CCc T rP1 rP20 1.000 0.926 0.500 0.468 0.000 0.076 50.0 4.3104 4.91060.2 0.967 0.899 0.483 0.454 0.032 0.102 49.6 4.0104 9.21061 0.856 0.804 0.425 0.402 0.138 0.189 48.2 3.0104 2.11052 0.752 0.712 0.368 0.349 0.233 0.269 46.8 2.3104 2.810510 0.402 0.393 0.146 0.140 0.488 0.493 40.9 5.2105 2.510520 0.279 0.276 0.047 0.045 0.537 0.537 38.0 1.7105 1.3105

    cDr. Fernando Tiscareno L./p15

  • Ejemplo 9.2 (Continuacion 4)

    1 < 1 V OK,siendo isotermico, es posible 2 > 1?

    Para W = 20T.M.:dP , cm fA fB SA C RA C

    3 0.690 0.878 0.727 0.5022 0.708 0.895 0.737 0.5221 0.721 0.905 0.744 0.5370.5 0.724 0.908 0.747 0.5410.005 0.726 0.909 0.747 0.542

    Sin Resistencias 0.726 0.909 0.747 0.542

    Es significativa la resistencia interna?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p16

  • Flujo de informacion

    d2Ci___

    d r2+ + = 0

    ____ ____d rdC i2

    rri

    P

    Di

    e

    d T2

    ___dr 2 +

    - = 0___ __drdT2

    rP

    e

    krr

    Hr

    Resistencias Internas

    Reactor Cataltico

    Resistencias

    Externas

    =ri

    P

    Ci

    ( )km

    am

    Cs

    i

    i

    ( )-

    =Tha m Ts

    ( )- rr

    P

    P

    - Hr

    Velocidades intrnsecas

    = ( )rr

    fr

    ,Ci

    T i = 1...NC

    =ri irrr

    Capa

    lmite

    2

    ___r 2

    Ci

    + - = 0____rCi

    1r

    ri

    P

    B

    Dr

    i

    +

    __z Civ0( )2___r2

    T

    + - = 0___rT1

    rrrP

    B

    r

    -__zT

    v0

    ( )k CP

    Hr

    T[ ]r=R

    rr

    P

    ri

    P

    rr

    _[ ]r=R

    C i

    Perfiles Globales:

    Ci

    T

    Catalizador

    Velocidades

    catalticas

    ri

    _

    Solucin

    Simultnea

    Corregir signo en B.M. Interno

    cDr. Fernando Tiscareno L./p17

  • Modelo Bidimensional Despreciando dispersion axial y suponiendo flujo tapon?

    Dr

    (1

    r

    Cir

    +2Cir2

    ) z

    (vsCi) + B rPi = 0 (9.9)

    kr

    (1

    r

    T

    r+2T

    r2

    ) (vs )CP

    T

    z B

    nrxnr=1

    rPrHr = 0 (9.10)

    Aproximacion por diferencias finitas? Metodo de lneas? Explcito?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p18

  • Bidimensional: Primera derivada

    Centro (n = 0): [Cir

    ]n=0, z

    = 0[Tr

    ]n=0, z

    = 0

    Nodos intermedios (1 n N 1):[Cir

    ]n=n, z

    '[Ci(n+1)Cin

    r

    ]z

    [Tr

    ]n=n, z

    '[T(n+1)Tn

    r

    ]z

    Nodo en la pared (n = N): [Cir

    ]n=N , z

    = 0

    [T

    r

    ]n=N , z

    =

    No se requiere, si TN es constante

    0 para operacion adiabatica yhC(TCTN )

    krsi existe transferencia de calor.

    cDr. Fernando Tiscareno L./p19

  • Bidimensional: Segunda derivada

    Nodos intermedios (1 n N 1):[2Cir2

    ]n=n, z

    '

    [Ci(n+1)Cin

    r

    ]z[CinCi(n1)

    r

    ]z

    r=Ci(n+1) 2Cin + Ci(n1)

    (r)2[2T

    r

    ]n=n, z

    ' T(n+1) 2Tn + T(n1)(r)2

    Nodo en la pared (n = N):[2Cir2

    ]n=N , z

    ' Ci(N+1) 2CiN + Ci(N1)(r)2

    =2Ci(N1) 2CiN

    (r)2

    [2T

    r2

    ]n=N , z

    =

    No se requiere, si TN es constante2T(N1)2TN

    (r)2para operacion adiabatica y

    No se requiere, si existe transferencia de calor.

    cDr. Fernando Tiscareno L./p20

  • Bidimensional: Nodo central indeterminacion?

    Regla de LHopital:limr0

    [1

    r

    X

    r

    ]n=0, z

    =r

    [Xr

    ]z

    rr

    =2X

    r2

    Nodo central (n = 0):1

    r

    [Cir

    ]n=0, z

    +

    [2Cir2

    ]n=0, z

    = 2

    [2Cir2

    ]n=0, z

    ' 4Ci1 4Ci0(r)2

    1

    r

    [T

    r

    ]n=0, z

    +

    [2T

    r2

    ]n=0, z

    = 2

    [2T

    r2

    ]n=0, z

    ' 4T1 4T0(r)2

    cDr. Fernando Tiscareno L./p21

  • Bidimensional: Transferencia en la pared

    En la frontera:kr

    [T

    r

    ]n=N , z

    = hC (TN TC)

    Implicaciones!? Diferencias hacia atras:

    kr TN TN1r

    hC (TN TC)

    Temperatura en la pared:

    TN TN1 + hC rkr TC

    1 + hC rkr(9.11)

    cDr. Fernando Tiscareno L./p22

  • Bidimensional: Balances para Lquidos

    dCi0dz

    =AT

    V0

    [Dr

    4Ci1 4Ci0(r)2

    + B rPi

    ](9.12)

    dCindz

    =AT

    V0

    [Dr

    (Ci(n+1) Cinn (r)2 +

    Ci(n+1) 2Cin + Ci(n1)(r)2

    )+ B rPi

    ](9.13)

    dCiNdz

    =AT

    V0

    [Dr

    2Ci(N1) 2CiN(r)2

    + B rPi

    ](9.14)

    dT0dz

    =AT

    V0 CP

    [kr

    4T1 4T0(r)2

    Bnrxnr=1

    rPrHr

    ](9.15)

    dTndz

    =AT

    V0 CP

    [kr

    (T(n+1) Tnn (r)2 +

    T(n+1) 2Tn + T(n1)(r)2

    ) B

    nrxnr=1

    rPrHr

    ](9.16)

    dTNdz

    =

    0 si TN es constanteAT

    V0 CP

    [kr

    2T(N1)2TN(r)2

    Bnrxn

    r=1 rPrHr

    ]para operacion adiabatica

    dTN1dz +

    hC rkr

    dTCdz

    1+hC rkr

    si existe transferencia de calor.

    (9.17)

    dTCdz

    =

    2ATNr hC (TC TN)

    VC C CPCpara operacion concurrente.

    +2ATNr hC (TC TN)

    VC C CPCpara operacion contracorriente.

    (9.18)

    cDr. Fernando Tiscareno L./p23

  • Bidimensional: Promedios radiales

    Promedio exacto:[C i]z=

    R0 [Ci]z 2pirdr R

    0 2pirdr=

    2

    R2

    R0

    [Ci]zrdr

    Aproximando por trapecios: OK?[C i]z' CiN

    N+

    2

    N 2

    N1n=1

    nCin (9.21)

    [T]z' TN

    N+

    2

    N 2

    N1n=1

    nTn (9.20)

    Si tenemos 3 reacciones con calentamiento y 11 nodos (N = 10),

    Cuantas ecuaciones diferenciales y la Ecuacion 9.11?

    Para que nos sirven T y Ci?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p24

  • Bidimensional: Balances para Gases

    d(vsCi0)

    dz= Dr

    4Ci1 4Ci0(r)2

    + B rPi (9.21)

    d(vsCin)

    dz= Dr

    (Ci(n+1) Cinn (r)2 +

    Ci(n+1) 2Cin + Ci(n1)(r)2

    )+ B rPi (9.22)

    d(vsCiN)

    dz= Dr

    2Ci(N1) 2CiN(r)2

    + B rPi (9.23)

    dT0dz

    =1

    vsCi0CP i

    [kr

    4T1 4T0(r)2

    Bnrxnr=1

    rPrHr

    ](9.27)

    dTndz

    =1

    vsCinCP i

    [kr

    (T(n+1) Tnn (r)2 +

    T(n+1) 2Tn + T(n1)(r)2

    ) B

    nrxnr=1

    rPrHr

    ](9.28)

    dTNdz

    =

    0 si TN es constante

    1vsCiNCP i

    [kr

    2T(N1)2TN(r)2

    Bnrxn

    r=1 rPrHr

    ]para operacion adiabatica

    dTN1dz +

    hC rkr

    dTCdz

    1+hC rkr

    si existe transferencia de calor.

    (9.29)

    dTCdz

    =

    2ATNr hC (TC TN)

    VC C CPCpara operacion concurrente.

    +2ATNr hC (TC TN)

    VC C CPCpara operacion contracorriente.

    (9.18)

    cDr. Fernando Tiscareno L./p25

  • Bidimensional: Diferencias entre gases y lquidos?

    Que representa vsCi? Velocidad superficial de la alimentacion:

    [vs]z=0 =V0

    AT=

    FT 0 R0 CT 0 2pir dr

    =FT 0 R

    0PRT 2pir dr

    Para z > 0 (A evaluarse localmente durante la integracion!!!):vs =

    1

    AT

    R0

    (vsCT )

    CT2pir dr =

    2

    R2

    R0

    NCi=1(vsCi) r

    P/RTdr

    (R

    P

    ) [NCi=1(vsCi)

    ]NTN

    N+

    2

    N 2

    (R

    P

    ) N1n=1

    [NCi=1

    (vsCi)

    ]n

    nTn (9.24)

    Si solo evaluamos vsCi independientes V FT por estequiometra:Fi =

    R0

    (vsCi) 2pir dr ' pi(r)2[(vsCi)N N + 2

    N1n=1

    (vsCi)n n

    ](9.25)

    vs ' FTAT CT

    =

    (FTAT

    )(R T

    P

    )'(

    FTpi(Nr)2

    )(R

    P

    )(TNN

    +2

    N 2

    N1n=1

    nTn

    )(9.26)

    cDr. Fernando Tiscareno L./p26

  • Calor sensible de la mezcla reaccionante

    Para cada nodo:NCi=1

    (vsCi)nCP i = (vsCT )nCP = vsP

    RTnCP . . . (si yI 1) vs P

    RTnCP I

    Pero si solo se hacen balances para is independientes: Aproximacion 1 suposiciones?:

    CP (1

    Indepi=1 Cin

    P/RTn

    )(FI CP I +

    Depj=1FjCP j

    FT Indep

    i=1 Fi

    )+

    Indepi=1 CinCP iP/RTn

    Aproximacion 2 suposiciones?:CP

    vsCICP I +Indep

    i=1 vsCinCP i +Dep

    j=1 vsCjnCP j

    vsCI +Indep

    i=1 vsCin +Dep

    j=1 vsCjn.

    Como se evaluar las velocidades catalticas puntuales?Complicado?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p27

  • Ejemplo 9.3: BidimensionalReactor empacado de 3 m y 10 cm I.D.

    A + 12 B C rP1 = 3.3 105 lt1.5s g mol0.5 e85,000 Jmol8.314 Jmol K T CAC

    0.5B

    A + 3B 2D + 2E rP2 = 9.1 108 lt2s g mol e120,000 Jmol8.314 Jmol K T CACB

    Expresiones ya catalticas!; H1 = -75,000 y H1 = -120,000J

    mol

    Alimentacion: 2 lts a 1 atm y 300C; yA0 = 0.06, yB0 = 0.20 y yI0 = 0.74

    CP =70, 24, 80, 50, 36 y 30J

    mol C de A, B, C, D, E e I

    Enfriamiento con lquido: 100 cm3

    s a 295C; C = 0.9 gcm3 y CPC = 3

    Jg C

    U = 0.006 Jcm2 s C; Suponer: TN0 =

    300C+hC rkr

    295C

    1+hC rkr

    cDr. Fernando Tiscareno L./p28

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 1)

    a) Perfiles para CA, CB y T C.I.: [vs]z=0 = V0AT = 25.465 cms , CA0 = 0.001276M, CB0 = 0.004252M V vsCi[T0]0...23 = 300

    C y [T0]24 = 299.03C

    Flujos molares en z = z a partir de (v0Ci)n y Tn conocidos:FA = pi(0.5 cm)

    2

    [24 (vsCA)24 + 2

    23n=1

    (vsCA)n n

    ]

    FB = pi(0.5 cm)2

    [24 (vsCB)24 + 2

    23n=1

    (vsCB)n n

    ]

    FC =6

    5(FA0 FA) 2

    5(FB0 FB) = 2

    5FB 6

    5FA 0.00034

    FD = FE =4

    5(FB0 FB) 2

    5(FA0 FA)

    FT = FT 0 35(FA0 FA) + 1

    5(FB0 FB) = 0.04269 + 3

    5FA 1

    5FB

    cDr. Fernando Tiscareno L./p29

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 2) Velocidad superficial en z = z:

    T24 =T23 + 0.5769TC

    1.5769

    T =T2424

    +2

    242

    9n=1

    nTn

    vs =

    (FTAT

    )(R T

    P

    ) Concentraciones promedio en z = z para despuesV Perfiles fA, fB, SA C y RA C:

    CA =

    (FAFT

    )(P

    R T

    )CB =

    (FBFT

    )(P

    R T

    ) CA y CB puntuales paraV rP1 y rP2? Complicaciones si expresiones para r1 y r2 en lugar de rP1 y rP2?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p30

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 3)

    Balances de masa independientes:d(vsCA0)

    dz=3.28

    CA1 CA0(0.5)2

    0.7 1, 000 (rP1 + rP2)d(vsCAn)

    dz=0.82

    (CA(n+1) CAnn (0.5)2 +

    CA(n+1) 2CAn + CA(n1)(0.5)2

    ) 0.7 1, 000 (rP1 + rP2)

    d(vsCA24)

    dz=1.64

    CA23 CA24(0.5)2

    0.7 1, 000 (rP1 + rP2)d(vsCB0)

    dz=3.28

    CB1 CB0(0.5)2

    0.7 1, 000 (0.5rP1 + 3rP2)d(vsCBn)

    dz=0.82

    (CB(n+1) CBnn (0.5)2 +

    CB(n+1) 2CBn + CB(n1)(0.5)2

    ) 0.7 1, 000 (0.5rP1 + 3rP2)

    d(vsCB24)

    dz=1.64

    CB23 CB24(0.5)2

    0.7 1, 000 (0.5rP1 + 3rP2)

    cDr. Fernando Tiscareno L./p31

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 4) Balances de energa:

    dT0dz

    =1, 000

    vsCT 0[CP ]0

    [0.0208

    T1 T0(r)2

    0.7 (rP1H1 + rP2H2)]

    dTndz

    =1, 000

    vsCT n[CP ]n[0.0052

    (T(n+1) Tnn (r)2 +

    T(n+1) 2Tn + T(n1)(r)2

    )0.7 (rP1H1 + rP2H2)]

    dT23dz

    =1, 000

    vsCT 23[CP ]23[0.0052

    (T23+0.5769TC

    1.5769 T2323 (r)2 +

    T23+0.5769TC1.5769 2T23 + T22

    (r)2

    )0.7 (rP1H1 + rP2H2)]

    dTCdz

    =278.5424r 0.006 (TC T23+0.5769TC1.5769 )

    1, 000 0.1 0.9 3donde

    CT n =P

    R (Tn + 273.15)

    [CP ]n (1 CAn + CBn

    CT n

    )(FI CP I + FC CPC + FD CPD + FE CPE

    FT FA FB

    )+CAnCPA + CBnCPB

    CT n

    cDr. Fernando Tiscareno L./p32

  • Apendice H: Bidimensional en FORTRAN

    C*****************************************************************

    C Programa para los calculos del Ejemplo 9.3

    C cDr. Fernando Tiscare~no L. Septiembre 2004C Se utilizan Numerical Recipes y un compilador F77

    C*****************************************************************

    CALL DERIVS(0, F, DF)

    CALL RKDUMB(F,N*3+3,0,RLENGTH,NPASOS,DERIVS)

    END

    SUBROUTINE DERIVS(Z, F, DF)

    *************AQUI VAN LAS ODES***********

    RETURN

    END

    SUBROUTINE RKDUMB(VSTART,NVAR,X1,X2,NSTEP,DERIVS)

    END

    SUBROUTINE RK4(Y,DYDX,N,X,H,YOUT,DERIVS)

    END

    Archivos FOR001.txt y FOR010.txt

    cDr. Fernando Tiscareno L./p33

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 5)

    290

    300

    310

    320

    330

    340

    350

    360

    0 50 100 150 200 250 300

    Temperatura,C

    Longitud de Reactor, cm

    Nodos

    Chaqueta

    N

    0

    21

    18

    cDr. Fernando Tiscareno L./p34

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 6)

    0.0

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2.5

    3.0

    3.5

    4.0

    4.5

    0 50 100 150 200 250 300

    C

    o

    n

    c

    e

    n

    t

    r

    a

    c

    i

    n

    d

    e

    A

    ,

    m

    i

    l

    i

    m

    o

    l

    e

    s

    /

    l

    t

    C

    o

    n

    c

    e

    n

    t

    r

    a

    c

    i

    n

    d

    e

    B

    ,

    m

    i

    l

    i

    m

    o

    l

    e

    s

    /

    l

    t

    Longitud de Reactor, cm

    N

    0

    N

    0

    C

    B

    C

    A

    cDr. Fernando Tiscareno L./p35

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 7)

    24.5

    25.0

    25.5

    26.0

    26.5

    27.0

    0.041

    0.042

    0.042

    0.042

    0.042

    0.042

    0.043

    0 50 100 150 200 250 300

    Vel

    oci

    da

    d s

    up

    erf

    icia

    l, c

    m/s

    Longitud de Reactor, cm

    Flu

    jo m

    ola

    r to

    tal, m

    ole

    s/s

    F

    T

    v

    S

    cDr. Fernando Tiscareno L./p36

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 8)

    0.0

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    0 50 100 150 200 250 300

    Fraccin

    Longitud de Reactor, cm

    S

    AC

    f

    A

    R

    AC

    fB

    De donde es calculan?

    Que representa cada valor graficado?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p37

  • Ejemplo 9.3 (Continuacion 9)

    0.000

    0.002

    0.004

    0.006

    0.008

    0.010

    295

    300

    305

    310

    315

    320

    325

    330

    335

    0 50 100 150 200 250 300

    Flu

    jo m

    ola

    r,

    mole

    s/s

    Tem

    pera

    tura

    , C

    Longitud de Reactor, cm

    Bidimensional

    Unidimensional

    F

    A

    F

    B

    T

    Vale la pena el bidimensional?

    cDr. Fernando Tiscareno L./p38

  • Recapitulacion

    Se supuso lecho empacado = medio continuoimplicaciones?

    Unidimensional: Similar a Flujo Tapon diferencias?

    Bidimensional: DL = kL = 0; kr valido para todo r

    Buscar info: Dr, kr y h para lechos empacados

    Recomendacion: Usar subrutinas probadas

    Complicado?cDr. Fernando Tiscareno L./p39