Matlab, Balance de energía con reacción química. ITESM CCM

Summary

El script del video se centra en resolver un problema de ingeniería química utilizando MATLAB. Se presenta un sistema de reacciones químicas isotérmico a 310°C, involucrando la formación de etanol a partir de etileno y el éter dietético a partir de etanol. El objetivo es calcular la cantidad de calor necesario para mantener una temperatura constante. Se proporcionan datos como la fracción de conversión del etileno y el rendimiento del etanol. El script explica paso a paso cómo establecer la base de cálculo, definir variables, establecer ecuaciones para el balance de materia y energía, y resolver el sistema de ecuaciones en MATLAB. El resultado muestra los flujos molares, avances de reacción y el balance energético, demostrando un enfoque metódico para abordar problemas de ingeniería química.

Takeaways

• 🔍 El video trata sobre cómo resolver un problema de ingeniería química utilizando MATLAB, específicamente el problema 9.21 del libro de Felder.
• 📚 Se menciona que el problema ya fue resuelto anteriormente en un video, pero esta vez se aborda utilizando software.
• 🌡️ El problema involucra dos reacciones químicas en un reactor isotérmico a 310 grados Celsius: la formación de etanol y la formación de éter dietético.
• ⚗️ Se buscan la cantidad de calor que se debe suministrar o retirar para mantener una temperatura constante.
• 📊 Se proporcionan datos como la fracción de conversión del etileno y el rendimiento del etanol basado en el consumo de etileno.
• 🔢 Se establece una base de cálculo de 100 moles/moles por segundo, sin alterar las respuestas.
• 📉 Se definen las fracciones de conversión y rendimiento utilizando las moles de entrada y salida del reactor.
• 🧪 Se utiliza el método de avance de reacción para el balance de materia, considerando los coeficientes estequiométricos y el avance de las reacciones.
• 📝 Se plantean siete ecuaciones en total, incluyendo el balance de materia, la fracción de conversión y el rendimiento, con siete incógnitas.
• 🤖 Se resuelve el sistema de ecuaciones en MATLAB, obteniendo los flujos molares y el avance de las reacciones.
• 🔄 Se calcula el balance de energía utilizando el calor de reacción y las entalpías de formación y específicas a presión constante.
• 📉 Se evalúan las integrales de los polinomios de calor específico para calcular las entalpías a la entrada y salida del reactor.
• 📊 Se presentan los resultados del balance de materia y energía, incluyendo flujos molares, avances de reacción y calor requerido.

Q & A

¿Qué problema se aborda en el video de MATLAB?

El problema trata sobre cómo resolver el problema 9.21 del libro de Felder, que involucra dos reacciones químicas en un reactor isotérmico a 310 grados Celsius, y cómo mantener una temperatura constante suministrando o retirando calor.

¿Cuáles son las dos reacciones químicas mencionadas en el script?

La primera reacción es la formación de etanol a partir del etileno, y la segunda es la formación del éter dietético a partir del etanol.

¿Qué datos se proporcionan para la fracción de conversión del etileno y el rendimiento del etanol?

Se proporciona una fracción de conversión del etileno de 0.05 y un rendimiento del etanol basado en el consumo del etileno de 0.9.

¿Cómo se define la fracción de conversión del etileno en el script?

La fracción de conversión del etileno se define como la diferencia entre lo que entra (0.537 de n1) y lo que sale (n2) del reactor, dividido por lo que entra.

¿Cómo se define el rendimiento basado en el consumo del etileno?

El rendimiento basado en el consumo del etileno se define como la producción de etanol (n3) dividido por lo que se consume del etileno, que es lo que entra menos lo que sale del reactor.

¿Qué es la base de cálculo n1 y cómo se establece en el script?

La base de cálculo n1 es un valor fijo que se utiliza para calcular el balance de materia. En el script, se establece en 100 moles o moles por segundo.

¿Qué es el método de avance de reacción y cómo se utiliza en el balance de materia?

El método de avance de reacción es una técnica para resolver balances de materia en reacciones químicas. Se utiliza para calcular las cantidades de compuestos a la entrada y salida del reactor, basándose en los coeficientes estequiométricos y el avance de la reacción.

¿Cuántas ecuaciones se tienen en total para resolver el problema y cuáles son las incógnitas?

Se tienen siete ecuaciones en total, que incluyen cinco ecuaciones de balance de materia, la fracción de conversión y el rendimiento. Las incógnitas son n2, n3, n4, n5, n6, el avance de reacción 1 y el avance de reacción 2.

¿Cómo se aborda el balance de energía en el script?

El balance de energía se aborda utilizando el método de calor de reacción, calculando el calor total como la suma del producto de las moles a la salida por sus entalpías menos la suma del producto de las moles a la entrada por sus entalpías, más los cambios en el enthalpy debido a las reacciones.

¿Cómo se calculan las entalpías de los compuestos a la entrada y salida del reactor?

Las entalpías se calculan utilizando el calor específico a presión constante y un polinomio de la forma a + bt + ct^2 + dt^3, evaluando la integral de este polinomio entre la temperatura de referencia (25 grados Celsius) y la temperatura del reactor.

¿Qué son los Delta H de formación y cómo se utilizan en el cálculo del balance de energía?

Los Delta H de formación son los cambios en el enthalpy asociados con la formación de los compuestos a partir de sus elementos en su estado más estable. Se utilizan para calcular los cambios en el enthalpy de las reacciones químicas involucradas.

¿Cómo se evalúan las integrales de los polinomios de calor específico para obtener las entalpías?

Se evalúan las integrales de los polinomios (representados como funciones de integración en MATLAB) entre la temperatura de referencia y la temperatura del reactor, para calcular las entalpías a la entrada y salida.

¿Qué resultados se muestran al final del script?

Al final del script, se muestran los resultados del balance de materia (avance de reacción uno, avance de reacción dos, y las moles de cada compuesto) y del balance de energía (entalpías de los compuestos a la entrada y salida, Delta H de las reacciones y el calor necesario para mantener la temperatura constante).