HORNO CON RECICLO (USO DE REACTOR)
Una corriente de gas natural que contiene metano es quemada en un horno con una alimentación de aire a razón de 1185 mol/s. El gas de combustión que no contiene hidrocarburos sin quemar ni monóxido de carbono pero, sale del horno a 900°C y 1.2 atmosferas de presión, pasa por un intercambiador de calor. En su camino hacia el horno, el aire atraviesa por el mismo intercambiador de calor pasando de 20°C a 245°C.
Tomando como base 100 mol/s del gas natural alimentado al horno, calcule las composiciones y las temperatura de los gases de salida, así como la eficiencia térmica del intercambiador de calor.
PASO 1: Elección de datos
Se selecciona el compuesto, en éste caso solo hay uno: etilenglicol
Seguido, se elije el paquete de datos termodinámicos que le convenga más al usuario.
Por último se escogen las unidades, como en éste problema las definen, esas se deben tomar.
PASO 2: Diseño del diagrama.
Solución
En éste ejemplo nos pide obtener composiciones y temperaturas de cada salida de gas, se comienza calculando una a una y se mostrarán los resultados..
Datos de corrientes iniciales:
Se coloca un mezclador donde las corrientes de entrada serán dos: AIRE y GAS (METANO) con las especificaciones que indica el ejemplo.
Las condiciones que indica el problema se colocan aquí, la temperatura y el flujo molar que son especificadas.
La composición en ésta corriente se trabaja de ésta manera, se sabe que el aire es 21% oxigeno y el resto nitrógeno, es por eso que se establece así.
La temperatura no es muy relevante en ésta corriente, pero el flujo molar si.
En ésta corriente solo entra metano.
Se tienen los primeros valores de la primera corriente de salida, es decir la salida del mezclador.
Se trabaja con un reactor ya que hay una reacción química, que a continuación se mostrará.
Se da clic en “settings” y se selecciona “reactions”, para que abra la siguiente ventana:
Se dará clic en el símbolo “+” y se seleccionará “conversium” ya que es una reacción de combustión.
Y se abrirá una hoja que se llenará con los datos de la reacción que se requiere.
DATO: La reacción debe estar balanceada, si está balanceada dirá “ok”, si no es el caso, dar clic en “balance” y DWSIM la balancea automáticamente.
El reactor debe tener las siguientes especificaciones según el problema:
DWSIM presenta un reactor con dos salidas, una para gases y otra para líquidos, como en éste problema no hay líquidos simplemente se omitirá y no será de interés, además no afecta en los resultados.
A continuación se tiene la temperatura y composición de la corriente de salida.
Todo el metano a reaccionado, por eso ya no queda nada.
Se agregará el intercambiador de calor, se puede observar que una de las entradas es nuevamente aire, solo que como lo indica el problema éste se encuentra a otra temperatura, éste intercambiador tiene dos salidas del mismo gas, uno que saldrá a la temperatura del proceso, y otro que irá a recirculación con la temperatura del intercambiador de calor, éste último tendrá las siguientes especificaciones.
Se selecciona el tipo de calculo, en éste caso se opta por el que se puede ver, así el usuario determina la temperatura de salida del producto, en éste caso 245°C.
Como se mencionó anteriormente, la entrada de aire estará a 20°C ya que así lo establece el problema, pero tendrá el mismo flujo molar que el aire de la primera corriente:
Los datos de la corriente de salida que no van para recirculación son:
Los datos de la corriente de aire que será recirculada son:
NOTA: La temperatura y flujo molar son exactamente lo mismo que la corriente de inicio, eso quiere decir que el proceso es satisfactorio y el aire se reutiliza.
La eficiencia del intercambiador de calor es (se puede observar dando clic en el equipo):
Por último se aplica la recirculación agregando un bloque lógico, en éste caso un recirculador:
Al dar “inicio” a la simulación, y que nada aparezca en rojo el usuario puede dar por terminada su simulación, ya que no hay resultados erróneos, como se mencionó anteriormente la recirculación no afecta al proceso.