Modelos de Sistemas con Ing. Rafael A. Díaz Chacón U.C.V. VII RAD/99 Modelo de Reactores Químicos.

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1 Modelos de Sistemas con Ing. Rafael A. Díaz Chacón U.C.V. VII RAD/99 Modelo de Reactores Químicos

2 n Hay cuatro reactores químicos colocados en paralelo. Cada uno de ellos opera en forma independiente. n Un compresor con tasa de flujo molal constante proporciona el hidrógeno a través de un tanque de alimentación de presión. n Cada reactor tiene una válvula que permite controlar la presión en el reactor. Modelo de Reactores Químicos: Descripción del sistema RAD/99

3 Modelo de Reactores Químicos: Descripción del sistema RAD/99 COMPRESOR TANQUE DE ALIMENTACIÓN REACTOR 1 REACTOR 2 REACTOR 3 REACTOR 4 VÁLVULAS

4 n La presión nominal del tanque de alimentación es de 150 psi. La presión crítica es de 100 psi. En el instante inicial la presión es de 500 psi. n Cada reactor se carga con producto fresco y se programan a entrar en operación cada media hora a partir de t = 0, iniciando con el reactor 1. n A consecuencia de la reacción, la concentración en el reactor decrece en forma exponencial, siempre y cuando la presión permanezca por encima de la crítica. Modelo de Reactores Químicos: Condiciones de Operación RAD/99

5 n Cuando un reactor baja su concentración al 10% del valor inicial se considera terminada la reacción. En este momento se apaga el reactor, se descarga, limpia y carga para una nueva reacción. n El tiempo de descarga sigue una distribución exponencial con media de una hora. n El tiempo de limpieza y carga sigue una distribución normal con media de una hora y desviación estándar de media hora. Modelo de Reactores Químicos: Condiciones de Operación RAD/99

6 Modelo de Reactores Químicos: Ecuaciones del sistema RAD/99

7 Modelo de Reactores Químicos: Red SLAM (I) RAD/99

8 Modelo de Reactores Químicos: Red SLAM (II) RAD/99

9 Modelo de Reactores Químicos: Red SLAM (III) RAD/99

10 Modelo de Reactores Químicos: Programa de Control RAD/99 GEN,"RAFAEL DIAZ","REACTORES QUIMICOS",13/5/99,1,YES,YES; LIMITS,24,2,,1,1; CONTINUOUS,5,-1,0.001,0.1,,WARNING; ARRAY,1,4,{0,0,0,0,}; TIMST,1,SS[5],"PRESION DEL TANQUE ",0,0.0,1.0; TIMST,2,LL[2],"REACTORES FUNCIONANDO",0,0.0,1.0; RECORD,1,,TNOW,"TIME",{AWESIM,EXCEL},,TTBEG,12,,{{SS[1],"CONC1", },{SS[2],"CONC2", },{SS[3],"CONC3",}, {SS[4],"CONC4",},{XX[6]/1000,"PNOMINAL",}, {SS[5]/1000,"PRESION", }}; NET; INITIALIZE,0.0,300,YES; FIN; “Este programa ha sido editado para esta lámina”

11 Modelo de Reactores Químicos: Definición de Variables (I) RAD/99 SIGNIFICADO DE LAS VARIABLES SLAM DEL MODELO +++++ VARIABLES GLOBALES REALES++++++ XX[1-4] --> CARGA INICIAL DE PRODUCTO PARA EL REACTOR 1-4 XX[5] --> XX[6] --> PRESION NOMINAL DEL TANQUE DE ALIMENTACION XX[7] --> PRESION CRITICA DEL TANQUE DE ALIMENTACION XX[8] --> TASA DE FLUJO MOLAL XX[9] --> CONSTANTE DE REACCION COMPUESTA XX[10] --> XX[11-14] --> CONSTANTE DE REACCION DEL PRODUCTO 1-4 XX[15] --> XX[16] --> TIEMPO PROMEDIO DE DESCARGA DE UN REACTOR XX[17] --> TIEMPO PROMEDIO EN LIMPIEZA Y CARGA DE UN REACTOR XX[18] --> DESVIACION ESTANDAR DE XX[17] XX[19] --> XX[20] --> XX[21-24] --> VOLUMEN DEL REACTOR 1-4

12 Modelo de Reactores Químicos: Definición de Variables (II) RAD/99 SIGNIFICADO DE LAS VARIABLES SLAM DEL MODELO +++++ VARIABLES DE ESTADO ++++++ SS[1-4] --> CONCENTRACION DEL REACTOR 1-4 SS[5] --> PRESION DEL TANQUE DE ALIMENTACION +++++ VARIABLES GLOBALES ENTERAS++++++ LL[1] --> ULTIMO REACTOR QUE INICIO ACTIVIDADES LL[2] --> NUMERO DE REACTORES EN FUNCIONAMIENTO ******** ATRIBUTOS REALES ********* ATRIB[1] --> INSTANTE EN QUE UN REACTOR SALE DE FUNCIONAMIENTO ******** ATRIBUTOS ENTEROS ********* LTRIB[1] --> IDENTIFICADOR DE CADA REACTOR

13 Modelo de Reactores Químicos: Inicialización y Lectura de Datos (I) RAD/99 “Este programa ha sido editado para esta lámina” BOOL SWFUNC INTLC(UINT uiRun) {lectura (); //Calculo y asignacion de valores iniciales SS[1]= c1; SS[2]= c2; SS[3]= c3; SS[4]= c4; SS[5]= p5; XX[1]= c1; XX[2]= c2; XX[3]= c3; XX[4]= c4; XX[6] = pn; XX[7] = pc; XX[8] = tfm; XX[9] = crc; XX[11] = crp1; XX[12] = crp2; XX[13] = crp3; XX[14] = crp4; XX[16] = tpdescarga; XX[17] = tpcarga; XX[18] = dest; XX[21] = vol1; XX[22] = vol2; XX[23] = vol3; XX[24] = vol4; return(TRUE);}

14 Modelo de Reactores Químicos: Inicialización y Lectura de Datos (II) RAD/99 “Este programa ha sido editado para esta lámina” void lectura (void) { char etiqueta[100]; FILE *fp; fp=fopen("c:/projects/casos/reactor.dat","r"); fscanf(fp,"%s ",etiqueta); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &c1); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &c2); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &c3); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &c4); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &pn); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &pc); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &tfm); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &crc); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &crp1); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &crp2); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &crp3); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &crp4); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &tpdescarga); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &tpcarga); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &dest); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &vol1); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &vol2); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &vol3); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &vol4); fscanf(fp,"%s %f",etiqueta, &p5); fclose(fp); return; }

15 Modelo de Reactores Químicos: Datos del modelo RAD/99 DATOS_DEL_MODELO_DE_LOS_REACTORES_QUIMICOS_EN_REACTOR.DAT CONCENTRACION_INICIAL_REACTOR_1 0.1 CONCENTRACION_INICIAL_REACTOR_2 0.4 CONCENTRACION_INICIAL_REACTOR_3 0.2 CONCENTRACION_INICIAL_REACTOR_4 0.5 PRESION_NOMINAL_TANQUE_DE_ALIMENTACION 150 PRESION_CRITICA_TANQUE_DE_ALIMENTACION 100 TASA_DE_FLUJO_MOLAL 4.352 CONSTANTE_DE_REACCION_COMPUESTA 118.03 CONSTANTE_DE_REACCION_DEL_PRODUCTO_1 0.03466 CONSTANTE_DE_REACCION_DEL_PRODUCTO_2 0.00866 CONSTANTE_DE_REACCION_DEL_PRODUCTO_3 0.01155 CONSTANTE_DE_REACCION_DEL_PRODUCTO_4 0.0077 TIEMPO_PROMEDIO_DE_DESCARGA_DE_UN_REACTOR 1 TIEMPO_PROMEDIO_EN_LIMPIEZA_Y_CARGA 1 DESVIACION_ESTANDAR_DE_LIMPIEZA_Y_CARGA 0.5 VOLUMEN_DEL_REACTOR_1 10 VOLUMEN_DEL_REACTOR_2 15 VOLUMEN_DEL_REACTOR_3 20 VOLUMEN_DEL_REACTOR_4 25 PRESION_INICIAL_TANQUE_DE_ALIMENTACION 500

16 Modelo de Reactores Químicos: Función STATE RAD/99 “Este programa ha sido editado para esta lámina” void SWFUNC STATE (void) { int i; float disponible, posicion, flujo, sumaflujos; sumaflujos = 0; if(SS[5]<XX[7]) posicion = SS[5]; else { posicion = XX[7]; } for (i =1; i <= 4; i++) { disponible = GETARY(1,i); DD[i] =(-XX[10+i])*SS[i]*disponible*posicion; flujo = DD[i]*(-XX[20+i]); sumaflujos = sumaflujos + flujo; } DD[5] = XX[9]*(XX[8]-sumaflujos); return; }

17 Modelo de Reactores Químicos: Reporte de Salida RAD/99 ** AweSim SUMMARY REPORT ** Mon May 17 08:49:13 1999 Simulation Project : REACTORES QUIMICOS Modeler : RAFAEL DIAZ Date : 13/5/99 Scenario : REACTOR Run number 1 of 1 Current simulation time : 300.000000 Statistics cleared at time : 0.000000 ** OBSERVED STATISTICS REPORT ** Label Mean Standard Number of Minimum Maximum Value Deviation Observations Value Value FUERA DE SERVICIO 1.960 0.947 279 0.016 6.352 ** TIME-PERSISTENT STATISTICS REPORT ** Label Mean Standard Minimum Maximum Time Current Value Deviation Value Value Interval Value PRESION DEL TANQUE 273.534 216.882 33.665 1162.179 300.000 212.138 REACTORES FUNCIONANDO 1.829 0.775 0.000 4.000 300.000 3.000

18 Modelo de Reactores Químicos: Histograma del tiempo fuera de servicio RAD/99

19 Modelo de Reactores Químicos: Comparación de variables a través del tiempo RAD/99 C 1 C 2 C 3 C 4 PRESION/1000 PNOMINAL/1000