CONTROL DE UN REACTOR DE MEZCLA COMPLETA1. OBJETIVOS1.1 Simular,
en estado estacionario, un reactor continuo de mezcla completa
exotrmico asistido por Excel.1.2 Controlar la temperatura del
reactor de mezcla completa mediante la manipulacin directa del
flujo de calor de la corriente de enfriamiento.1.3 Auto sintonizar
el controlador de temperatura y comparar los parmetros sugeridos
por el simulador con los estimados de acuerdo a los ajustes de
Tyreus- Luyben.1.4 Analizar los cambios en la operacin dinmica del
reactor ante perturbaciones en las condiciones de los alimentos
como el flujo, la temperatura y la presin.2. INTRODUCCIONLos
reactores constituyen el corazn de muchos procesos qumicos. La
simulacin dinmica de estos equipos es esencial para la operacin
segura y eficiente de toda una planta. Hay un gran numero de
diferentes tipos de reactores comerciales. Algunos tienen un
dinamica benigna pero otros presentan problemas de control muy
serios. Los mas problemticos son los reactores donde se realizan
reacciones exotrmicas e irreversibles por las posibilidades de un
aumento sin control de la temperatura. Los reactores con una baja
conversin por paso son los mas propensos por la abundancia de
reactivos sin reaccionar que pueden alimentar a una reaccin
descontrolada. Muchos de estos reactores son inestables en lazo
abierto, de modo que se requiere de un controlador por
retroalimentacin para lograr una operacion estable.La contaminacin
ambiental que resulta del venteo por vlvulas de seguridad o por la
ruptura de discos de seguridad debe minimizarse. Los riesgos
potenciales de seguridad de explosiones, descomposiciones e
incendios tienen que ser de alta prioridad para su consideracin en
el disei y la operacin de una planta qumica. Las industrias qumicas
y petroleras sufrieron por incendioos devastadores, explosiones y
emisiones de material toxico en el siglo pasado debido a un mal
funcionamiento de reactores qumicos. Gran parte de ellos podran
haberse evitado con mejores diseos y operacin. Por consiguiente, la
dinmica de control de reactores constituye la parte mas vital de
las simulaciones dinmicas.
3. PROCESO ESTUDIADO
En esta prctica se simulara el control de un reactor continuo de
mezcla completa donde se lleva a cabo la reaccin de anilina e
hidrogeno para producir ciclohexilamina (CHA).C6H7N + 3 H2
C6H13N
Las condiciones de operacin del reactor son 600 psia y 250 F. La
reaccin en fase liquida ocurre en el recipiente vertical cilndrico
de 1200 pies cbicos. El liquido ocupa el 80% del volumen del
tanque.
La cinetica de esta reaccin (supuesta) se escoge para que la
conversin de la anilina sea del 76% y corresponde a la
ecuacion:
RCHA = VRkCACHSiendo VR el volumen del reactor en pies cbicos.
La ecuacion de Arrhenius para la constante especifica de velocidad
de reaccin esta dada por
k=
Siendo T, la temperatura en grados Rankine
Los reactivos puros se alimentan al reactor en dos corrientes.
La anilina se alimenta con un flujo de 100lbmol/h a 630 psia y
100F. La corriente de hidrogeno se alimenta con un flujo de
400lbmol/h a 630 psia y 100F. La conversin de la anilina es del 76%
por paso.
La reaccin es altamente exotrmica (82000 Btu/lbmol de CHA) de
modo que el sistema tiene que disearse para que tenga una
transferencia de calor adecuada. Esto se traduce en una gran rea de
transferencia de calor. La transferencia de calor es de
Desafortunadamente el manejo de la transferencia de calor en el
Excel, es algo superficial, lo que impide obtener resultados
dinmicos reales. No hay consideracin explicita a la posibilidad que
la geometra del reactor no pueda suministrar el rea de
transferencia supuesta.
TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL MODELO DEL CSTR DE EXCEL
El modelo del CSTR tienen
