UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

DIVISIN DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

Materia: Diseo y Simulacin de Procesos y Productos II (IQ30716)

Responsable del curso: Dr. Fernando Israel Gmez Castro

Fecha de Entrega: 14 de Agosto de 2014

TAREA 2: Modelado de Procesos

1.- Se desea analizar el sistema de condensacin mostrado en la Figura 1. El diseo del equipo se basar en agua de enfriamiento como medio de condensacin y se conocen otras variables de acuerdo a la informacin proporcionada.

Figura 1.

Temperatura de la corriente D: 80C Flujo de D: 100 kg/h Para el equipo, U = 1000 kcal/h m2 C Propiedades termodinmicas conocidas

Escriba las ecuaciones que modelan el sistema y determine el nmero de grados de libertad para este caso. 2.- Se tiene un sistema de mezclado como el que se muestra en la Figura 2. Dos corrientes disponibles a diferentes temperaturas con diferentes concentraciones de un soluto se alimentan al tanque, el cual tiene un serpentn de calentamiento para ajustar la temperatura de salida hasta un nivel deseado. No se lleva a cabo ninguna reaccin qumica. Las variables conocidas son x1, x2, T1, T2, Tv, el coeficiente global de transferencia de calor U y todas las propiedades termodinmicas de la mezcla y de los componentes. Escriba las ecuaciones que modelan el sistema y determine el nmero de grados de libertad existentes.

Figura 2.

3.- Una mezcla de dos componentes A y B, donde A es ms voltil que B, va a separarse adiabticamente en un separador flash. La Figura 3 muestra esquemticamente las variables de inters.

Figura 3.

Desarrolle el modelo que representa al sistema. Determine el nmero de grados de libertad para los siguientes casos: (a) Se conocen las condiciones de alimentacin, la presin del separador, el flujo de vapor y su composicin, as como las propiedades termodinmicas de la mezcla. (b) Se conocen las condiciones de alimentacin, la presin del separador y las propiedades termodinmicas de la mezcla. 4.- Los microbios E. Coli crecen en un medio con glucosa, de acuerdo con una cintica de tipo Monod con k = 40 y un valor de 40 para la constante de Monod. Se alimenta un flujo conocido de solucin de glucosa a un sistema de reaccin de tipo tanque agitado. Se desean probar tres configuraciones distintas: un solo reactor, dos reactores en serie y dos reactores en paralelo. Establezca el modelo para cada situacin, as como el nmero de grados de libertad en cada caso. 5.- El cracking irreversible en fase vapor de la acetona (A) para generar cetena (B) y metano (C), que viene dado por la reaccin:

33 2 + 4 se lleva a cabo adiabticamente en un reactor tubular. La reaccin es de primer orden con respecto a la acetona y la velocidad de reaccin especfica se puede expresar por:

ln = 34.34 34.222

donde k se mide en s-1 y T en K. La velocidad de flujo de alimentacin de la acetona en el reactor es, la temperatura de entrada y la presin de operacin son conocidas, as como el volumen del reactor. Establezca un modelo para la operacin del reactor, incluyendo los balances correspondientes de materia y energa. 6.- Dos lquidos de proceso, A y B, se mezclan en un tanque despus de calentarse cada uno en respectivos intercambiadores de calor, como se muestra en la Figura 4. Para calentar el lquido A se usa vapor de calentamiento, mientras que para calentar el lquido B se usa una corriente caliente del proceso con el fin de ahorrar energa. a) Escriba las ecuaciones que modelan el sistema. Suponga que los coeficientes globales de transferencia de calor de los intercambiadores, as como el volumen del tanque de mezclado, son conocidos. b) Suponiendo que todas las propiedades termodinmicas de cualquier corriente son conocidas, y que se conocen los flujos FA y FB, as como las temperaturas TA1, TB1 y TL1, indique cuales son los grados de libertad del sistema. c) Aplique el algoritmo de Lee y Rudd para sugerir las mejores variables de diseo y el orden de solucin de las ecuaciones. 7.- Considere el sistema de evaporacin mostrado en la Figura 5. Escriba las ecuaciones que modelan el proceso. Si se conoce la alimentacin y todas sus caractersticas, indique cual es el nmero de grados de libertad. Finalmente, utilice el algoritmo de Lee y Rudd para obtener las mejores variables de diseo y el orden de solucin de las ecuaciones.

8.- Considere la alimentacin a un reactor de produccin de estireno, consistente de una mezcla de vapor y etilbenceno, con sus respectivos valores de flujos, temperaturas y presiones de acuerdo al diagrama mostrado en la Figura 6. Se establecen las siguientes restricciones: i) Para mantener el catalizador en condiciones ptimas se requiere que FV/FE = 10. ii) La alimentacin al reactor debe cumplir con TA = 600C, PA = 1.8 atm. iii) Se conocen el consumo de etilbenceno y sus condiciones, FE = 55 T/h, TE = 80F, PE = 1 atm. Tomando en cuenta esta informacin, desarrolle los siguientes puntos: a) Escriba el modelo que describe este proceso de mezclado. Suponga que las entalpias de las corrientes son funcin tanto de la temperatura como de la presin. b) Indique cuantos grados de libertad tiene el sistema. c) Aplique el algoritmo de Lee y Rudd para identificar el orden de solucin de las ecuaciones y las mejores variables de diseo.

Figura 4.

Figura 5.

Figura 6.

Rubrica de Tarea 2 (Modelado de Procesos)

Materia: Diseo y Simulacin de Procesos y Productos II

Docente: Dr. Fernando Israel Gmez Castro

OBJETIVO

Que el estudiante aplique sus conocimientos al modelado de distintos procesos, y practique lo

aprendido en el aula para la determinacin de las mejores variables de decisin en diversas

situaciones.

ASPECTO VALOR MXIMO

OBSERVACIONES

Portada 0.5 Debe contener al menos: nmero y tema de la tarea, nombre de los integrantes del equipo, materia, nombre del docente y fecha de entrega.

Introduccin 1.0 Debe contener algunos antecedentes relevantes al tema de la tarea. Mnimo una cuartilla.

Desarrollo 8.0 Incluye el desarrollo y la solucin de los problemas propuestos. Debe hacerse evidente cualquier suposicin que se haga. El proceso de solucin debe estar completo. En caso de hacer uso de software para resolver alguna parte de un problema, se debe indicar y se debe entregar un archivo electrnico de esa parte de la solucin.

Referencias bibliogrficas

0.5 Debe incluir al menos tres referencias bibliogrficas. No son vlidas pginas como: el rincn del vago, wikipedia, etc.

TOTAL 10

ASPECTOS ADICIONALES

1.- La tarea se entrega por equipos de mximo 4 personas, y el lder de cada equipo debe entregar un reporte de actividades

2.- Se tomar en cuenta el orden, la ortografa y la redaccin

3.- Tareas entregadas despus de la fecha establecida por el docente tendrn una penalizacin de hasta 4 puntos sobre la calificacin obtenida.

4.- La tarea se puede entregar a mano, pero debe cuidarse la caligrafa

5.- Material copiado directamente de la fuente (a travs de las herramientas copy-paste) ser penalizado