Presentación de PowerPoint - CODDIQ€¦ · Los gases residuales del absorbedor se dividen; una parte se purga y el resto se envía al reformador. La corriente de purga contiene

Aplicación de Matlab a la Resolución de Balances de Materia y Energía

Salvador C. Cardona, Antonio Abad

Instituto de Seguridad Industrial, Radiofísica y Medioambiental (ISIRYM) Dept. Ingeniería Química y Nuclear, UPV (Campus d’Alcoi)

e-mail: [email protected]

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA – CAMPUS D’ALCOI

València Escola Tècnica

Superior d’Enginyeria Campus de Burjassot

Universitat de València 23-24 enero de 2014

Contexto académico

isirym


Introducción

Introducción

• Matlab en Grado en Ingeniería Química del Campus d’Alcoi (UPV).

• Balances de Materia y Energía.

• Bases de la Ingeniería Química: 2º curso, 1er semestre.

• Habilidades incipientes en programación informática/ métodos numéricos.

Matlab

isirym


Introducción

Introducción

• Matlab = Matrix Laboratory. • Matlab contiene muchos módulos

especializados: Toolboxes. • Comercializado desde 1984 por The

Mathworks. • Matlab se utiliza cada vez más, a nivel

mundial, en universidades y empresas. • Licencia de la UPV para profesores y

alumnos.

GNU Octave

Dotar al alumno de herramientas informáticas que faciliten la resolución de los problemas matemáticos que resultan de plantear balances de materia y energía. Centrar la atención del alumno en el estudio de los balances de materia y energía desde un punto de vista ingenieril, analizando fácilmente el efecto de modificar algunas variables sobre la solución final.

isirym


Objetivo

Objetivo

isirym


Balances de Materia en R.E.

Balances de Materia en Régimen Estacionario Ejemplo 5.9, Reklaitis. El ácido nítrico puede fabricarse mediante la oxidación de amoníaco con aire, según la

reacción: NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O

y absorbiendo el HNO3 en agua. En el diagrama de flujo simplificado que se muestra en la figura, se integra la producción de HNO3 con una planta para la producción del reactivo NH3 a partir de N2, CH4 y H2O.

La instalación de producción de NH3 contiene tres unidades básicas: una planta de reformado por vapor de agua, en la que se hacen reaccionar 3 moles de vapor de agua con 1 mol de CH4 para producir un gas de síntesis que contiene cantidades equimolares de CO y CO2; una unidad de conversión y limpieza de gases, en la que se elimina el CO no deseado y se produce hidrógeno adicional mediante la reacción:

CO + H2O → CO2 + H2

de donde resulta un gas que contiene N2 y H2, con una fracción molar del 25% para el N2. Finalmente, encontramos la planta de síntesis de amoníaco, en la que este producto se genera mediante la reacción directa:

N2 + 3H2 → 2NH3

Debido a las pérdidas de gas de síntesis en la purga y la separación de NH3, puede considerarse que la conversión de N2 en la planta de síntesis de NH3 es del 90%.

El NH3 resultante se convierte en la alimentación a la unidad de oxidación. Los productos pasan al absorbedor, en el que se obtiene un producto final con un 40% de HNO3. Los gases residuales del absorbedor se dividen; una parte se purga y el resto se envía al reformador. La corriente de purga contiene 99% de N2 y 1% de O2.

Calcular las composiciones y los flujos molares de todas las corrientes, así como las velocidades de reacción.

isirym



40%

79%

NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O

CO + H2O → CO2 + H2

N2 + 3H2 → 2NH3

Balances de Materia en Régimen Estacionario

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40%

79%

O2 ≡ O N2 ≡ N NH3 ≡ A HNO3 ≡ AN H2O ≡ W CH4 ≡ G H2 ≡ H CO ≡ M CO2 ≡ D

1 F1 xA1=1

F2 xO2 xN2

2

3

F3 xAN3 xW3 xO3 xN3

4 F4 xW4=1

F5 xO5 xN5

5

F6 xAN6 xW6

6

F7 xN7 xO7

7

F8 xN8 xO8

8

F9 xG9=1

9

F10 xW10=1 10

11

F11 xM11 xD11 xW11 xH11 xN11

12 F12 xD12 xW12

13

F13 xN13 xH13

14

F14 xN14 xH14

F2 xO2=0.21 xN2=0.79

F6 xAN6=0.4 xW6=0.6

F7 xN7=0.99 xO7=0.01

F13 xN13=0.25 xH13=0.75

1º.- Identificar corrientes entrada/salida

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40%

79%


1 F1 xA1=1

F2 xO2 xN2

2

3

F3 xAN3 xW3 xO3 xN3

4 F4 xW4=1

F5 xO5 xN5

5

F6 xAN6 xW6

6

F7 xN7 xO7

7

F8 xN8 xO8

8

F9 xG9=1

9

F10 xW10=1 10

11

F11 xM11 xD11 xW11 xH11 xN11

12 F12 xD12 xW12

13

F13 xN13 xH13

14

F14 xN14 xH14

F2 xO2=0.21 xN2=0.79

F6 xAN6=0.4 xW6=0.6

F7 xN7=0.99 xO7=0.01

F13 xN13=0.25 xH13=0.75

2º.- Identificar V.C. y analizar estequiometría

VC1 VC2 VC3

VC4 VC5

VC6

CO + H2O → CO2 + H2 R1

11H2VCH

11D2VCD

11W2VCW

11M2VCM

RRRRRR

RRRRRR

==

==

−==

−==

N2 + 3H2 → 2NH3 R2

22A3VCA

22H3VCH

22N3VCN

R2RRR3RR

RRR

⋅==

⋅−==

−==

NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O

R3

33W4VCW

33AN4VCAN

33O4VCO

33A4VCA

RRRRRR

R2RRRRR

==

==

⋅−==

−==

isirym



40%

79%


1 F1 xA1=1

F2 xO2 xN2

2

3

F3 xAN3 xW3 xO3 xN3

4 F4 xW4=1

F5 xO5 xN5

5

F6 xAN6 xW6

6

F7 xN7 xO7

7

F8 xN8 xO8

8

F9 xG9=1

9

F10 xW10=1 10

11

F11 xM11 xD11 xW11 xH11 xN11

12 F12 xD12 xW12

13

F13 xN13 xH13

14

F14 xN14 xH14

F2 xO2=0.21 xN2=0.79

F6 xAN6=0.4 xW6=0.6

F7 xN7=0.99 xO7=0.01

F13 xN13=0.25 xH13=0.75

3º.- Identificar relaciones adicionales

VC1 VC2 VC3

VC4 VC5

VC6

13

FF

9

10 =

11D11M xx =

9.0xF

xFxF13N13

14N1413N13 =⋅

⋅−⋅

8N7N xx =

isirym



40%

79%


1 F1 xA1=1

F2 xO2 xN2

2

3

F3 xAN3 xW3 xO3 xN3

4 F4 xW4=1

F5 xO5 xN5

5

F6 xAN6 xW6

6

F7 xN7 xO7

7

F8 xN8 xO8

8

F9 xG9=1

9

F10 xW10=1 10

11

F11 xM11 xD11 xW11 xH11 xN11

12 F12 xD12 xW12

13

F13 xN13 xH13

14

F14 xN14 xH14

F2 xO2=0.21 xN2=0.79

F6 xAN6=0.4 xW6=0.6

F7 xN7=0.99 xO7=0.01

F13 xN13=0.25 xH13=0.75

4º.- Seleccionar la base de cálculo

VC1 VC2 VC3

VC4 VC5

VC6

BC = 100 mol/h

isirym



5º.- Análisis de Grados de Libertad Número Identificación de las mismas

Variables independientes 32 F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10, F11, F12, F13, F14

xO2, xAN3, xW3, xO3, xN5, xAN6, xN7, xN8, xM11, xD11, xW11, xH11, xD12, xN13, xN14 R1, R2, R3

Ecuaciones de BM independientes 23 VC1=4 (elem.), VC2=5, VC3=3, VC4=5, VC5=4, VC6=2

Variables independientes especificadas

Flujos 1 F9=100 mol/h Composiciones 4 xO2=0.21, xAN6=0.4, xN7=0.99, xN13=0.25 Velocidades de reacción 0

Relaciones adicionales 4

GDL 0 Problema especificado correctamente

13

FF

9

10 = 11D11M xx = 9.0xF

xFxF13N13

14N1413N13 =⋅

⋅−⋅8N7N xx =

isirym



6º.- Plantear las ecuaciones de BM independ.

0xF2xF2N 11N118N8 =⋅⋅−⋅⋅→

0xFxF2xFFxF2O 11W1111D1111M11108O8 =⋅−⋅⋅−⋅−+⋅⋅→

0xFxFFC 11D1111M119 =⋅−⋅−→

0xF2xF2F2F4H 11H1111W11109 =⋅⋅−⋅⋅−⋅+⋅→

VC1 (elementos) 0RxFCO 111M11 =−⋅→

0RxFxFCO 112D1211D112 =+⋅−⋅→

0RxFxFOH 112W1211W112 =−⋅−⋅→

0RxFxFH 113H1311H112 =+⋅−⋅→

0xFxFN 13N1311N112 =⋅−⋅→

VC2

0RxFxFN 214N1413N132 =−⋅−⋅→

VC3

0R3xFxFH 214H1413H132 =⋅−⋅−⋅→

0R2FNH 213 =⋅+−→

0R2xFxFO 33O32O22 =⋅−⋅−⋅→

0xFxFN 3N32N22 =⋅−⋅→

0RFNH 313 =−→

0RxFHNO 33AN33 =+⋅−→

0RxFOH 33W32 =+⋅−→

VC4

0xFxFHNO 6AN63AN33 =⋅−⋅→

0xFFxFOH 6W643W32 =⋅−+⋅→

0xFxFO 5O53O32 =⋅−⋅→

0xFxFN 5N53N32 =⋅−⋅→

VC5

0xFxFxFN 8N87N75N52 =⋅−⋅−⋅→VC6

0xFxFxFO 8O87O75O52 =⋅−⋅−⋅→

isirym



7º.- Resolver el sistema de ecuaciones

steady_state_balances_solver_14_15.m

¿Nombre fichero balance materia o energía?. ¿Qué solución tiene sentido físico? ¿Quieres realizar cálculos adicionales? ¿Nombre fichero cálculos adicionales?

Ex_5_9_Reklaitis_14_15.m

Ex_5_9_Reklaitis_14_15_plus.m

Profesor Alumnos

isirym



Plantilla del fichero con el balance de materia % Take into account all the independent material balance equations, the % specified variables, the additional relations and the summation of the % mole or mass fractions for each stream % Specified variables ec{1}=; ec{2}=; % Additional relations ec{3}=; ec{4}=; % Independent material balance equations % VC1 ec{5}=; ec{6}=; % VC2 ec{7}=; ec{8}=; % Summation of the mole or mass fractions for each stream ec{9}=; ec{10}=; S=solve(ec{1:10});

Variables independientes

Ecuaciones de BM independientes


Flujos Composiciones Velocidades de reacción

Relaciones adicionales

GDL

Symbolic Math Toolbox

isirym



Ex_5_9_Reklaitis_14_15.m % Take into account all the independent material balance equations, the % specified variables, the additional relations and the summation of the % mole or mass fractions for each stream % Specified variables ec{1}='F9=100'; ec{2}='xO2=0.21'; ec{3}='xAN6=0.4'; ec{4}='xN7=0.99'; ec{5}='xN13=0.25'; % Additional relations ec{6}='F13*xN13-F14*xN14=0.9*F13*xN13'; ec{7}='F10=3*F9'; ec{8}='xM11=xD11'; ec{9}='xN7=xN8'; % Independent material balance equations % VC1 ec{10}='2*F8*xN8-2*F11*xN11=0'; ec{11}='2*F8*xO8+F10-F11*xM11-2*F11*xD11-F11*xW11=0'; ec{12}='F9-F11*xM11-F11*xD11=0'; ec{13}='4*F9+2*F10-2*F11*xW11-2*F11*xH11=0';

xO2=0.21, xAN6=0.4, xN7=0.99, xN13=0.25

F9=100 mol/h

13

FF

9

10 =

11D11M xx =

9.0xF

xFxF13N13

14N1413N13 =⋅

⋅−⋅

8N7N xx =

0xF2xF2N 11N118N8 =⋅⋅−⋅⋅→

0xFxF2xFFxF2O 11W1111D1111M11108O8 =⋅−⋅⋅−⋅−+⋅⋅→

0xFxFFC 11D1111M119 =⋅−⋅−→

0xF2xF2F2F4H 11H1111W11109 =⋅⋅−⋅⋅−⋅+⋅→

isirym



Ex_5_9_Reklaitis_14_15.m % VC2 ec{14}='F11*xM11-R1=0'; ec{15}='F11*xD11-F12*xD12+R1=0'; ec{16}='F11*xW11-F12*xW12-R1=0'; ec{17}='F11*xH11-F13*xH13+R1=0'; ec{18}='F11*xN11-F13*xN13=0'; % VC3 ec{19}='F13*xN13-F14*xN14-R2=0'; ec{20}='F13*xH13-F14*xH14-3*R2=0'; ec{21}='-F1+2*R2=0'; % VC4 ec{22}='F2*xO2-F3*xO3-2*R3=0'; ec{23}='F2*xN2-F3*xN3=0'; ec{24}='F1-R3=0'; ec{25}='-F3*xAN3+R3=0'; ec{26}='-F3*xW3+R3=0'; % VC5 ec{27}='F3*xAN3-F6*xAN6=0'; ec{28}='F3*xW3+F4-F6*xW6=0'; ec{29}='F3*xO3-F5*xO5=0'; ec{30}='F3*xN3-F5*xN5=0'; % VC6 ec{31}='F5*xN5-F7*xN7-F8*xN8=0'; ec{32}='F5*xO5-F7*xO7-F8*xO8=0';

0RxFCO 111M11 =−⋅→

0RxFxFCO 112D1211D112 =+⋅−⋅→

0RxFxFOH 112W1211W112 =−⋅−⋅→

0RxFxFH 113H1311H112 =+⋅−⋅→

0xFxFN 13N1311N112 =⋅−⋅→

0RxFxFN 214N1413N132 =−⋅−⋅→

0R3xFxFH 214H1413H132 =⋅−⋅−⋅→

0R2FNH 213 =⋅+−→

0R2xFxFO 33O32O22 =⋅−⋅−⋅→

0xFxFN 3N32N22 =⋅−⋅→

0RFNH 313 =−→

0RxFHNO 33AN33 =+⋅−→

0RxFOH 33W32 =+⋅−→

0xFxFHNO 6AN63AN33 =⋅−⋅→

0xFFxFOH 6W643W32 =⋅−+⋅→

0xFxFO 5O53O32 =⋅−⋅→

0xFxFN 5N53N32 =⋅−⋅→

0xFxFxFN 8N87N75N52 =⋅−⋅−⋅→

0xFxFxFO 8O87O75O52 =⋅−⋅−⋅→

isirym



Ex_5_9_Reklaitis_14_15.m % Summation of the mole or mass fractions for each stream ec{33}='xO2+xN2=1'; ec{34}='xAN3+xW3+xO3+xN3=1'; ec{35}='xO5+xN5=1'; ec{36}='xAN6+xW6=1'; ec{37}='xN7+xO7=1'; ec{38}='xN8+xO8=1'; ec{39}='xM11+xD11+xW11+xH11+xN11=1'; ec{40}='xD12+xW12=1'; ec{41}='xN13+xH13=1'; ec{42}='xN14+xH14=1'; S=solve(ec{1:42});


isirym



Ex_5_9_Reklaitis_14_15.m Physical Solution: [ F1, 238.39464882943143812709030100334] [ F10, 300.0] [ F11, 732.44147157190635451505016722408] [ F12, 202.67558528428093645484949832776] [ F13, 529.76588628762541806020066889632] [ F14, 52.976588628762541806020066889632] [ F2, 2360.1070234113712374581939799331] [ F3, 2360.1070234113712374581939799331] [ F4, 119.19732441471571906354515050167] [ F5, 1883.3177257525083612040133779264] [ F6, 595.98662207357859531772575250836] [ F7, 1749.5384615384615384615384615385] [ F8, 133.77926421404682274247491638796] [ F9, 100.0] [ R1, 50.0] [ R2, 119.19732441471571906354515050167] [ R3, 238.39464882943143812709030100334] [ xAN3, 0.1010101010101010101010101010101] [ xAN6, 0.4] [ xD11, 0.06826484018264840182648401826484] [ xD12, 0.49339933993399339933993399339934] [ xH11, 0.47420091324200913242009132420091] [ xH13, 0.75]

[ xH14, 0.75] [ xM11, 0.06826484018264840182648401826484] [ xN11, 0.18082191780821917808219178082192] [ xN13, 0.25] [ xN14, 0.25] [ xN2, 0.79] [ xN3, 0.79] [ xN5, 0.99] [ xN7, 0.99] [ xN8, 0.99] [ xO2, 0.21] [ xO3, 0.007979797979797979797979797979798] [ xO5, 0.01] [ xO7, 0.01] [ xO8, 0.01] [ xW11, 0.20844748858447488584474885844749] [ xW12, 0.50660066006600660066006600660066] [ xW3, 0.1010101010101010101010101010101] [ xW6, 0.6]

physical_solution.txt

isirym



40%

79%


1 F1 xA1=1

F2 xO2 xN2

2

3

F3 xAN3 xW3 xO3 xN3

4 F4 xW4=1

F5 xO5 xN5

5

F6 xAN6 xW6

6

F7 xN7 xO7

7

F8 xN8 xO8

8

F9 xG9=1

9

F10 xW10=1 10

11

F11 xM11 xD11 xW11 xH11 xN11

12 F12 xD12 xW12

13

F13 xN13 xH13

14

F14 xN14 xH14

F2 xO2=0.21 xN2=0.79

F6 xAN6=0.4 xW6=0.6

F7 xN7=0.99 xO7=0.01

F13 xN13=0.25 xH13=0.75

8º.- Cálculos adicionales

100F2

F2xF(%) oxígeno exceso

1

12O2 ⋅⋅

⋅−⋅=

100FF(%) divisor flujos relación

5

7 ⋅=

NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O

isirym



Ex_5_9_Reklaitis_14_15_plus.m % Additional calculus % Exceso de oxigeno en reactor de oxidación (VC4) disp('exceso oxígeno (%)=') disp((F2*xO2-2*F1)/(2*F1)*100) % Relación entre flujo molar purgado y flujo alimentado al divisor (VC6) disp('relación flujos divisor (%)=') disp((F7/F5)*100)

100F2

F2xF(%) oxígeno exceso

1

12O2 ⋅⋅

⋅−⋅=

100FF(%) divisor flujos relación

5

7 ⋅=

Additional calculus file name: Ex_5_9_Reklaitis_14_15_plus exceso oxígeno (%)= 3.9500e+000 relación flujos divisor (%)= 9.2897e+001 physical_solution.txt

isirym


Balances de Energía en R.E.

Balances de Energía en Régimen Estacionario Problema Horno Caliza. Se carga un horno vertical con caliza y coque. La caliza se considera del 100% de

CaCO3 y coque del 100% de C. Por el fondo del horno se introduce el aire seco necesario para la combustión del coque y producir la calcinación

de la caliza, según las siguientes reacciones: C + O2 → CO2

CaCO3 → CO2 + CaO La carga del horno y el aire se introducen a 25°C. La temperatura de los gases que salen del horno es de 400°C.

La cal sale del horno a 520°C (sin contener C, ni CaCO3 sin descomponer). Se desprecian las pérdidas energéticas del horno.

Se desea conocer la relación de CaCO3/C requerida en la carga del horno. DATOS: Entalpías de formación estándard (kcal/mol) Calores específicos (cal/(mol·ºC)) CaCO3 -288.45 CaCO3 19.6 CaO -151.7 CaO 12.04 CO2 -94.052 CO2 10.776 N2 0 N2 7.159 O2 0 O2 7.792 C 0 C 2.0352

isirym



Balances de Energía en Régimen Estacionario

isirym



Balances de Energía en Régimen Estacionario C ≡C

O2 ≡O

N2 ≡N

CO2 ≡D

CaCO3 ≡Z

CaO ≡K

T1=25ºC xZ1=1

T2=25ºC xC2=1

T3=25ºC xO3=0.21 xN3=0.79

T4=400ºC xD4 xN4

T5=520ºC xK5=1

VC C + O2 → CO2 R1

2K

2Z

21D

1O

1C

RRRR

RRRRRRR

=−=

+=

−=

−=

CaCO3 → CO2 + CaO R2

BC = 100 mol/h

isirym



Balances de Energía en Régimen Estacionario Número Identificación de las mismas Variables independientes 9 F1, F2, F3, F4, F5, xO3, xD4, R1, R2

Ecuaciones de BM independientes 6


Flujos 1 F2=100 mol/h Composiciones 1 xO3=0.21 Velocidades de reacción 0

Relaciones adicionales 1 Ecuación balance de energía GDL 0 Problema especificado correctamente

[ ] [ ] 0wqhFhFs

ss

e

ee =++∆⋅−∆⋅ ∑∑∑∑∑ ⋅∆=∆

i

ii xhh )TT(c)TT(ch)T(h 1i2piT0

1i1p0ii 1

−+λ+−+∆=∆

isirym



Balances de Energía en Régimen Estacionario

( )( ) 0hFhxhxF

hxhxFhFhF

5K54N4N4D4D4

3N3N3O3O32C21Z1

=∆−∆+∆−

∆+∆+∆+∆

( )01pZ

0Z1Z TTchh −+∆=∆

( )02pC2C TTch −=∆

( )03pO3O TTch −=∆

( )03pN3N TTch −=∆

( )04pD

0D4D TTchh −+∆=∆

( )04pN4N TTch −=∆

( )05pK

0K5K TTchh −+∆=∆

B.E. 0RFC 12 =−→

0RxFO 13O3 =−⋅→

0xFxFN 4N43N3 =⋅−⋅→

0RRxFD 214D4 =++⋅−→

0RFZ 21 =−→

0RFK 25 =+−→

B.M.

% Take into account all the independent material balance equations, the % specified variables, the additional relations and the summation of the % mole or mass fractions for each stream. Also take into account the energy % balance equations. % Specified variables material balance ec{1}=; ec{2}=; % Additional relations material balance ec{3}=; ec{4}=; % Independent material balance equations % VC1 ec{5}=; ec{6}=; % VC2 ec{7}=; ec{8}=; % Summation of the mole or mass fractions for each stream ec{9}=; ec{10}=;

isirym



Plantilla del fichero con el BM y BE

B.M.


% Specified variables energy balance % T ec{11}='T0=25'; ec{12}=; % cp ec{13}=; % h0 ec{14}=; % lambda ec{15}=; % q or w ec{16}=; % Independent energy balance equations % Energy equation % VCA ec{17}=; % VCB ec{18}=; % Definition of enthalpies ec{19}=; ec{20}=; S=solve(ec{1:20});

isirym



Plantilla del fichero con el BM y BE

[ ] [ ] 0wqhFhFs

ss

e

ee =++∆⋅−∆⋅ ∑∑∑∑

∑ ⋅∆=∆i

ii xhh

)TT(c)TT(ch)T(h 1i2piT0

1i1p0ii 1

−+λ+−+∆=∆

Symbolic Math Toolbox

isirym



problema_horno_caliza_14_15.m % Take into account all the independent material balance equations, the % specified variables, the additional relations and the summation of the % mole or mass fractions for each stream. Also take into account the energy % balance equations. % Specified variables material balance ec{1}='F2=100'; ec{2}='xO3=0.21'; % Additional relations material balance % Independent material balance equations % VC1 ec{3}='F2-R1=0'; ec{4}='F3*xO3-R1=0'; ec{5}='F3*xN3-F4*xN4=0'; ec{6}='-F4*xD4+R1+R2=0'; ec{7}='F1-R2=0'; ec{8}='-F5+R2=0'; % Summation of the mole or mass fractions for each stream ec{9}='xO3+xN3=1'; ec{10}='xD4+xN4=1';

0RFC 12 =−→

0RxFO 13O3 =−⋅→

0xFxFN 4N43N3 =⋅−⋅→

0RRxFD 214D4 =++⋅−→

0RFZ 21 =−→

0RFK 25 =+−→

isirym



problema_horno_caliza_14_15.m % Specified variables energy balance % T ec{11}='T0=25'; ec{12}='T1=25'; ec{13}='T2=25'; ec{14}='T3=25'; ec{15}='T4=400'; ec{16}='T5=520'; % cp ec{17}='cpC=2.0352'; ec{18}='cpO=7.792'; ec{19}='cpN=7.159'; ec{20}='cpD=10.776'; ec{21}='cpZ=19.6'; ec{22}='cpK=12.04'; % h0 ec{23}='h0D=-94052'; ec{24}='h0Z=-288450'; ec{25}='h0K=-151700'; % lambda % q or w

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problema_horno_caliza_14_15.m

% Independent energy balance equations % Energy equation % VC1 ec{26}='F1*hZ1+F2*hC2+F3*(xO3*hO3+xN3*hN3)-F4*(xD4*hD4+xN4*hN4)-F5*hK5=0'; % Definition of enthalpies ec{27}='hZ1=h0Z+cpZ*(T1-T0)'; ec{28}='hC2=cpC*(T2-T0)'; ec{29}='hO3=cpO*(T3-T0)'; ec{30}='hN3=cpN*(T3-T0)'; ec{31}='hD4=h0D+cpD*(T4-T0)'; ec{32}='hN4=cpN*(T4-T0)'; ec{33}='hK5=h0K+cpK*(T5-T0)'; S=solve(ec{1:33});

( )( ) 0hFhxhxF

hxhxFhFhF

5K54N4N4D4D4

3N3N3O3O32C21Z1

=∆−∆+∆−

∆+∆+∆+∆

( )01pZ

0Z1Z TTchh −+∆=∆

( )02pC2C TTch −=∆

( )03pO3O TTch −=∆

( )03pN3N TTch −=∆

( )04pD

0D4D TTchh −+∆=∆

( )04pN4N TTch −=∆

( )05pK

0K5K TTchh −+∆=∆

isirym



problema_horno_caliza_14_15.m Physical Solution: [ F1, 151.63855045764121492601078474002] [ F2, 100.0] [ F3, 476.19047619047619047619047619048] [ F4, 627.82902664811740540220126093049] [ F5, 151.63855045764121492601078474002] [ R1, 100.0] [ R2, 151.63855045764121492601078474002] [ T0, 25.0] [ T1, 25.0] [ T2, 25.0] [ T3, 25.0] [ T4, 400.0] [ T5, 520.0] [ cpC, 2.0352] [ cpD, 10.776] [ cpK, 12.04] [ cpN, 7.159] [ cpO, 7.792] [ cpZ, 19.6] [ h0D, -94052.0] [ h0K, -151700.0] [ h0Z, -288450.0]

[ hC2, 0] [ hD4, -90011.0] [ hK5, -145740.2] [ hN3, 0] [ hN4, 2684.625] [ hO3, 0] [ hZ1, -288450.0] [ xD4, 0.4008074488067248600569172483442] [ xN3, 0.79] [ xN4, 0.5991925511932751399430827516558] [ xO3, 0.21]

physical_solution.txt

• La introducción de Matlab en la resolución de problemas de balances de materia y energía ha permitido a los alumnos centrarse en el aspecto ingenieril de este tipo de problemas, dejando en un segundo plano la dificultad del problema matemático resultante.

• Todo ello sin que los alumnos tengan una elevada habilidad en el manejo de Matlab.

isirym


Conclusión

Aplicación de Matlab a la Resolución de Balances de Materia y Energía

Salvador C. Cardona, Antonio Abad

Instituto de Seguridad Industrial, Radiofísica y Medioambiental (ISIRYM) Dept. Ingeniería Química y Nuclear, UPV (Campus d’Alcoi)

e-mail: [email protected]


Gracias por su atención

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Presentación de PowerPoint - CODDIQ€¦ · Los gases residuales del absorbedor se dividen; una parte se purga y el resto se envía al reformador. La corriente de purga contiene