Simulador de reactores químicos basado en Excel (página 5)

– Editar sustancia. Cuando este botón es presionado, se accede a la ventana que se muestra en la Figura 9. En esta ventana pueden modificarse las propiedades de una sustancia que se encuentre dentro de la base de datos del simulador o eliminarla definitivamente. La opción de adicionar el factor acéntrico o los parámetros empíricos y las unidades de las propiedades, son idénticas a las del procedimiento de adición de una nueva sustancia.

Figura 9. Ventana "Editar sustancia" del simulador Retromezcla.

6.3.3. Reacciones. Luego de haber creado la lista de trabajo, el paso siguiente consiste en dar clic sobre la pestaña llamada "Reacciones", luego de hacer esto, se accede a la ventana que muestra la Figura 10. Esta ventana permite crear, suprimir o modificar reacciones mediante los botones "Agregar reacción", "Eliminar reacción" y "Editar reacción", respectivamente. Las reacciones que vayan siendo creadas pueden observarse en la lista "Sistema de reacciones", con su respectivo nombre. En la parte inferior izquierda de esta sección del programa se encuentra un recuadro llamado "Unidades de las leyes de velocidad", en el cual se deciden las unidades en las cuales serán calculadas las velocidades de reacción. Existen dos opciones de cálculo: la opción "Sistema Internacional" y la opción "Sistema Inglés". La primera realiza los cálculos con la energía de activación en unidades de y la velocidad de reacción en , al tiempo que la segunda los realiza con la energía de activación en unidades de y la velocidad de reacción en . En este caso, se selecciona la opción "Sistema Internacional", de acuerdo con los datos suministrados anteriormente.

Figura 10. Sección "Reacciones" del simulador Retromezcla.

Cabe mencionar que todas las reacciones deben ser ingresadas con las mismas unidades, aunque el simulador posee un mensaje de advertencia que se activa cuando se pretende cambiarlas.

A continuación, se describirá la manera como pueden utilizarse los botones de esta sección, de forma que las reacciones queden correctamente ingresadas.

– Agregar reacción. Una vez que se presiona este botón, el simulador despliega la ventana que se observa en la Figura 11. En esta ventana se deben ingresar los coeficientes estequiométricos de las sustancias que intervienen en la reacción, respetando la convención de emplear números negativos para los reactivos y positivos para los productos. También debe definirse el componente base de la reacción, que es la sustancia a la cual está referida la ley de velocidad; esta sustancia debe ser un reactivo (de preferencia el reactivo límite). Asimismo, es necesario especificar un nombre para la reacción, aunque si esto no se hace, el programa predetermina el nombre con la palabra "Reacción" y un número.

Figura 11. Pestaña "Reacción" de la ventana "Agregar reacción" en el simulador Retromezcla.

Si la reacción es reversible o catalítica heterogénea, debe activarse la opción respectiva que se encuentra ubicada en la parte derecha de la ventana. Luego de especificar todo lo requerido en esta ventana, se continúa el procedimiento pasando a la pestaña "Numerador". Dependiendo de la reversibilidad de la reacción, aparecen los dos tipos de ventanas que se aprecian en la Figura 12.

a)

b)

Figura 12. Pestaña "Numerador" de la ventana "Agregar reacción" en el simulador Retromezcla. a) Reacción irreversible. b) Reacción reversible.

Si la reacción es catalítica heterogénea, aparece la pestaña "Denominador", a través de la cual se accede a las ventanas mostradas en la Figura 13.

a)

b)

Figura 13. Pestaña "Denominador" de la ventana "Agregar reacción" en el simulador Retromezcla. a) Reacción irreversible. b) Reacción reversible.

Como se aprecia en la Figura 13, deben ingresarse el factor de frecuencia y la energía de activación de cada término del denominador, así como los exponentes de las sustancias en dicho término; una vez que un término del denominador esté especificado, se presiona el botón "Siguiente término" para pasar al próximo. Si se desea revisar los datos ingresados, puede presionarse el botón "Anterior término". El número de cada término se observa siempre a la izquierda bajo la ventana de ayuda. Aparte de lo anterior, es necesario especificar el valor del exponente del denominador . En ocasiones, las leyes de velocidad poseen términos exponenciales que prácticamente no influyen en su comportamiento o cuya variación es pequeña en el intervalo de temperatura manejado. Estos casos pueden ser simulados en Retromezcla colocando en la casilla del factor de frecuencia el valor que permanece constante y suponiendo que la energía de activación es cero, con el fin de anular el término exponencial. En este punto conviene anotar que el simulador fija en cero los valores de las variables cuyas casillas fueron dejadas vacías, razón por la cual es necesario tener cuidado a lo largo del procedimiento que está siendo descrito.

– Eliminar reacción. Cuando se selecciona una reacción previamente creada de la lista "Sistema de reacciones" en la ventana "Reacciones" y se presiona el botón "Eliminar reacción", dicha reacción se suprime de la lista.

– Editar reacción. Al seleccionar una reacción de la lista "Sistema de reacciones" en la ventana "Reacciones", puede presionarse el botón "Editar reacción" a fin de modificar en ella cualquier dato ingresado anteriormente.

6.3.4. Especificaciones. Esta sección está compuesta por las ventanas "Unidades", "Condiciones de operación" y "composiciones a la entrada". En esta parte del programa se especifican las cantidades que permanecerán constantes a lo largo de la simulación, al tiempo que se definen las unidades en las cuales están expresadas. Se recomienda que se siga el orden en que fueron mencionados antes, es decir, las unidades deben ser seleccionadas en primer lugar, después debe continuarse con las condiciones de operación y, por último, debe procederse a establecer las composiciones de las sustancias a la entrada. A continuación se explica tanto el funcionamiento como las características de cada una de las ventanas disponibles en la sección "Especificaciones".

– Unidades. Esta ventana permite seleccionar las unidades en las cuales están expresadas las especificaciones del reactor simulado y sus corrientes. Un ejemplo de esta ventana se puede apreciar en la Figura 14.

Figura 14. Ventana "Unidades" de la sección "Especificaciones" en el simulador Retromezcla.

Como se puede observar en la Figura 14, las magnitudes cuyas unidades es posible cambiar son: flujo másico, presión, temperatura, volumen y flujo de calor. Algunas de estas unidades se derivan del sistema mks (metro-kilogramo-segundo), otras provienen del sistema cgs (centímetro-gramo-segundo) y algunas otras proceden del sistema inglés. En la Tabla 7 se listan las distintas unidades en que puede expresarse cada magnitud de las mencionadas.

Tabla 7. Unidades disponibles en el simulador Retromezcla.

– Condiciones de operación. En esta ventana se determinan los valores de las variables a la entrada, a la salida y en el interior del reactor que permanecerán fijos a lo largo de la simulación. La ventana "Condiciones de operación" se expone en la Figura 15. A la derecha de cada casilla se observan las unidades en las que se expresa cada magnitud, las cuales fueron seleccionadas anteriormente en la ventana "Unidades". La corriente de energía del reactor es positiva toda vez que ésta se emplee para calentarlo, mientras que su valor es negativo cuando su función sea enfriarlo.

Figura 15. Ventana "Condiciones de operación" de la sección "Especificaciones" en el simulador Retromezcla.

– Composiciones a la entrada. Si el reactor que va a simularse no posee corriente de alimentación, es imposible ingresar a esta ventana puesto que los datos ingresados en ella son innecesarios para simular un reactor con tal característica. Por el contrario, si el reactor posee una corriente de alimentación, es necesario entrar en ella para definir las composiciones molares de dicha corriente. La ventana "Composiciones a la entrada" se presenta en la Figura 16.

Figura 16. Ventana "Composiciones a la entrada" de la sección "Especificaciones" en el simulador Retromezcla.

Las fracciones molares deben ser valores numéricos positivos, menores o iguales a 1, sin embargo, el simulador permite que le sean ingresados porcentajes o relaciones molares y brinda la opción de normalizar los datos, de modo que sus valores estén comprendidos en el intervalo [0,1]. La opción de normalización se activa cuando al menos una de las composiciones de las sustancias es mayor que 1.

6.3.5. Condiciones iniciales. Los valores ingresados en la sección "Especificaciones" son datos que permanecen constantes durante la simulación, no obstante, el simulador solo adquiere los datos necesarios para su operación cuando se definen los valores iniciales de las composiciones molares en el interior del reactor, el volumen inicial de reacción y la temperatura inicial a la salida (equivalente a la del interior del reactor, lo cual debe tenerse en cuenta cuando se pretende simular un reactor Batch). Para especificar tales valores, el simulador desarrollado posee la sección "Condiciones iniciales", la cual puede observarse en la Figura 17.

Figura 17. Sección "Condiciones iniciales" en el simulador Retromezcla.

De nuevo, si alguna de las composiciones definidas es mayor que 1, el simulador ofrece la posibilidad de normalizar los datos, aunque es oportuno aclarar que si no se desea normalizarlos, el simulador no permite avanzar a la siguiente sección hasta tanto no se hayan modificado los datos. Si se requiere simular un arranque en seco de un reactor no debe asignársele al volumen inicial un valor nulo, puesto que el simulador no puede operar con tal valor inicial; en lugar de ello, puede especificarse un volumen inicial con un valor minúsculo comparado con el volumen final que se alcanzará, teniendo en cuenta que la composición inicial de dicho volumen debe ser equivalente a la de la corriente de alimentación.

6.3.6. Simulación. Cuando todos los datos del reactor y de sus corrientes han sido especificados, puede accederse a la sección "Simulación", la cual contiene 3 partes: "Aclaraciones y recomendaciones", la opción "Simular como reactor isotérmico" y el botón "Continuar". Esta sección aparece a continuación en la Figura 18.

Figura 18. Sección "Simulación" en el simulador Retromezcla.

– Aclaraciones y recomendaciones. En esta parte se hacen algunas recomendaciones y aclaraciones acerca del proceso completo que va desde el ingreso de los datos al programa, hasta el final de la ejecución del simulador. Debido a su importancia, los 3 mensajes aparecen a continuación.

• Dependiendo de los valores que ingrese para los flujos de entrada y salida, el reactor opera como CSTR (ambas corrientes son diferentes de cero), Semibatch (una corriente diferente de cero) o Batch (ambas corrientes son iguales a cero). Note que si el reactor simulado es un Batch o un Semibatch que se llena, los datos suministrados para la salida corresponden a los del interior del reactor. Por otra parte, para un reactor Batch o un Semibatch que se vacía, los datos a la entrada no son de utilidad para realizar los cálculos.

• El programa no verifica el estado de agregación de la mezcla en ningún momento de la simulación, por tal motivo, para evitar resultados incorrectos, es necesario que la suposición inicial de una única fase líquida dentro del reactor sea verdadera durante todo el intervalo de tiempo de la simulación. Asimismo, el programa tampoco verifica el hecho de que las reacciones sean realizables físicamente ni que sus expresiones cinéticas sean correctas, por lo cual se requiere que los datos ingresados sean coherentes para obtener resultados confiables.

• Durante la ejecución de la simulación es posible que el programa se detenga. Esto puede ocurrir si la magnitud de la corriente de energía es muy elevada, cuando las leyes de velocidad son incoherentes o cuando los coeficientes binarios de las sustancias son incorrectos, entre otros. Estas condiciones hacen que la temperatura sobrepase los límites prácticos de un sistema líquido y, por lo tanto, el programa se detiene; además, estas condiciones pueden ocasionar valores negativos en las composiciones o en el volumen de reacción.

– Simular como reactor isotérmico. El programa desarrollado posee la opción de simular reactores isotérmicos, para lo cual es necesario que la temperatura inicial de salida (equivalente a la del interior del reactor) sea igual a la temperatura de la alimentación, en un reactor que posea ambas corrientes. Una vez que se activa esta opción, se asume que la temperatura permanece constante en todas las corrientes del reactor y en su interior y, por lo tanto, no es necesario realizar el balance de energía, lo cual reduce significativamente el tiempo que tarda el programa en completar la simulación. Cabe anotar que el valor de la corriente de energía que se ingresa en la ventana "condiciones de operación" de la sección "Especificaciones" no es tomado en cuenta en este caso por el simulador puesto que el balance de energía no es efectuado.

– Continuar. Una vez que se han leído todas las aclaraciones y las recomendaciones y que se ha determinado si el reactor es isotérmico o no, se presiona el botón "Continuar", a través del cual se accede a la ventana que muestra la Figura 19.

Figura 19. Ventana final del simulador Retromezcla.

Como puede apreciarse en la Figura 19, la parte izquierda de la ventana se ubica un recuadro en el que se presenta un resumen del sistema simulado. En este recuadro aparece el número de sustancias que contiene la lista de trabajo, el número de reacciones ingresadas, los valores de los flujos másicos de entrada y de salida, así como el valor de la corriente de energía, todos ellos con sus respectivas unidades si es el caso.

En la parte derecha de la ventana existen 3 casillas en las cuales se determinan los parámetros del método numérico: el tiempo final de simulación, el tamaño del paso y las unidades de ambos. Cabe aclarar que el tamaño del paso debe ser menor que el tiempo de simulación, además, ambos valores deben ser positivos y sus unidades deben ser seleccionadas en la casilla destinada para ello. En el caso del sistema de reacciones en serie que se va a simular, el intervalo de tiempo será de 10h y el tamaño de paso será de 0.025h.

Por otro lado, la ventana en cuestión posee 2 botones: "VOLVER" y "SOLUCIONAR". El primero sirve para retornar a la parte principal del programa en la cual se realizaron todas las especificaciones expuestas anteriormente, con el fin de observar o modificar los datos ingresados. El segundo sirve para dar inicio a la simulación y, una vez que es presionado, aparece la ventana de espera que se expone en la Figura 20.

Figura 20. Ventana de espera del simulador Retromezcla.

La ventana de espera posee una barra azul y un mensaje debajo de ella que, en conjunto, indican el grado de avance de la simulación. Si por alguna razón es necesario detener el procedimiento, el programa puede interrumpir sus cálculos si se presionan simultáneamente las teclas "Control" (Ctrl) y Pausa (Pause); cuando esto sucede, aparece un mensaje de aviso que indica el avance de la simulación (se menciona el punto del intervalo de tiempo de simulación hasta el cual se ha obtenido la solución) y permite continuar o suspender definitivamente la ejecución del programa. En cualquier caso, si hay interrupción o no, el simulador muestra las gráficas de la solución hasta el tiempo al que hayan llegado los cálculos. Este tipo de mensaje se presenta en la Figura 21.

Figura 21. Aviso de detención del simulador Retromezcla.

Si se obtienen temperaturas por encima o por debajo del rango de aplicabilidad del programa o se obtienen valores negativos de las composiciones o del volumen de reacción, el programa se detiene y deben revisarse los datos para poder reiniciar la simulación y concluirla exitosamente.

Si los resultados son coherentes en todo momento, el simulador completa la solución y aparece un mensaje de aviso como el que se muestra en la Figura 22, el cual indica que la simulación se llevó a cabo satisfactoriamente y permite conocer el tiempo que tardó el simulador en efectuarla.

Figura 22. Aviso de conclusión del simulador Retromezcla.

Luego de haberse concluido la simulación, el simulador Retromezcla abre un nuevo archivo en MS Excel® en el cual se crean 5 hojas: "Resultados", "Fracciones molares", "Temperatura", "Volumen" y "Variables dependientes".

Las hojas "Resultados" y "Variables dependientes" cuentan con tablas en las que se listan los valores determinados por el simulador desde las condiciones iniciales hasta las finales, con aproximaciones sucesivas de la solución espaciadas entre ellas por el valor especificado para el tamaño de paso.

En la hoja "Resultados" se encuentran los valores del tiempo, de la temperatura de salida (equivalente a la del interior del reactor) y de las fracciones molares para todo el intervalo de solución, mientras que en la hoja "Variables dependientes" aparecen el tiempo, la energía interna y la cantidad de sustancia (en , ó , según las unidades de los flujos) de cada componente en el volumen de reacción; esta hoja debe su nombre a que las moles y la energía interna se calculan siempre a partir de los balances de masa y energía.

La Tabla 8 muestra el formato en MS Excel® de ambas hojas, cabe mencionar que el simulador redondea los resultados con un cierto número de cifras todos los valores que presenta en sus tablas, además, las variables poseen indicadas sus unidades en la primera fila de las mismas.

Tabla 8. Resultados en MS Excel® del simulador Retromezcla. a) Hoja "Resultados". b) Hoja "Variables dependientes".

a)

b)

Las hojas "Fracciones molares", "Temperatura" y "Volumen" contienen los gráficos de las variables cuyos nombres llevan, relacionadas con el tiempo. Estos gráficos son escalados previamente por el simulador, sin embargo, son fácilmente modificables. Un ejemplo de estos gráficos se aprecia en el Gráfico 1, en el cual se observan los resultados de la simulación propuesta.

a)

b)

c)

Gráfico 1. Gráficas creadas por Retromezcla en MS Excel®. a) Composiciones vs. t. b) Temperatura vs. t. c) Volumen vs. t.

6.3.7. Requerimientos del sistema. Para que retromezcla pueda emplearse en un computador determinado, éste debe tener como mínimo, Windows® XP o alguna versión posterior y MS Excel® 2002 o alguna versión posterior. Además, el computador debe estar configurado para detectar el punto como separador decimal y la coma como separador de listas, si esta condición no se cumple, el simulador presenta el mensaje que se aprecia en la Figura 23.

Figura 23. Aviso para el cambio de configuración regional del simulador Retromezcla.

7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Con el fin de verificar la precisión del simulador Retromezcla, se compararán sus resultados con algunos datos experimentales encontrados en la literatura.

La reacción en cuestión es la esterificación del ácido acético con metanol para producir metil acetato y agua, la cual se presenta a continuación en la expresión (7.1).

(7.1)

Como puede observarse en (7.1), la reacción es reversible y se encuentra catalizada por SAC-13, un catalizador sólido formado por una resina ácida soportada por una matriz porosa de sílice. La presencia del catalizador sólido cambia la habitual ley de velocidad de segundo orden de la reacción por la expresión catalítico-heterogénea que se aprecia en la ecuación (7.2).

(7.2)

Los valores y el significado de las constantes presentes en la ley de velocidad (7.2) se definen a continuación:

• , , , y : Concentraciones del catalizador sólido, del metanol, del ácido acético, del agua y del éster, respectivamente.
• : Constante de la reacción de adsorción del metanol. Su valor reportado es de 0.16 .
• : Constante de la reacción de adsorción del ácido acético. Su valor es de 0.13 .
• : Constante de la reacción de adsorción del agua. Su valor es de 3.11 .
• : Constante de la reacción catalizada. Su valor es de 1.5010-4 .
• 

: Constante de equilibrio de la reacción de esterificación. Su valor es de 6.2 a 60°C.

De acuerdo con los datos anteriores y teniendo en cuenta que la concentración del catalizador es una constante con un valor de 1.09/45, la ley de velocidad (7.2) asume la estructura que se aprecia en (7.3) (las unidades se ajustan de tal forma que tenga unidades de ).

(7.3)

El reactor empleado es un batch isotérmico que opera a 60°C y 1 de presión durante 700min, con una relación molar inicial de 2:1 entre el metanol y el ácido acético. Liu et al mantuvieron el volumen de reacción constante durante sus experimentos a través de la adición de tetrahidrofurano (THF). Para que los resultados del simulador Retromezcla sean comparables con los reportados, la conversión de ácido acético se calculará como un promedio aritmético entre la conversión definida en términos de la concentración molar y la definida con las moles, con lo cual se compensa el efecto que tiene el cambio de volumen sobre los cálculos. En el Gráfico 2 se presentan los datos obtenidos experimentalmente por Liu et al en forma de círculo.

Gráfico 2. Datos reportados para la esterificación del ácido acético.

Fuente: LIU, Yijun; LOTERO, Edgar y GOODWIN Jr., James G. A comparison of the esterification of acetic acid with methanol using heterogeneous versus homogeneous acid catalysis. En: Journal of Catalysis. Vol. 242, No. 2 (2006); p. 280.

Se seleccionaron 4 puntos experimentales del Gráfico 2 y se compararon con los obtenidos empleando el simulador Retromezcla, dando origen a la Tabla 9 y al Gráfico 3.

Tabla 9. Discrepancia entre los resultados comparados

Gráfico 3. Datos comparativos de la esterificación del ácido acético.

Como se aprecia en el Gráfico 3, la curva generada por Retromezcla tiene un buen nivel de ajuste a los datos experimentales a través de todo el intervalo de tiempo, lo cual se corrobora con los valores que aparecen en la Tabla 9. En la cuarta columna de la Tabla 9 se observa que la máxima discrepancia obtenida es 2.24% con respecto a los datos experimentales, lo cual sustenta la anterior idea de que Retromezcla posee una buena capacidad predictiva. Por otra parte, si se tiene en cuenta que el promedio de las desviaciones mostradas en la Tabla 9 no supera el 1.42%, es posible concluir que Retromezcla permite simular apropiadamente sistemas reactivos incluso con leyes de velocidad complicadas, como las que se desprenden de sistemas catalizados por catalizadores sólidos. Además, dado que los valores de la conversión se encuentran entre 0 y 1, el cálculo de la discrepancia propaga el error y lo magnifica, lo cual no sucede cuando se calcula el error absoluto, por lo cual los valores de la última columna de la Tabla 9 son útiles en tanto que muestran las diferencias minúsculas que existen entre los valores reales y los predichos utilizando Retromezcla, diferencias que se establecen a partir de la tercera cifra decimal de la conversión.

8. CONCLUSIONES

La simulación se ha convertido en una herramienta fundamental del ingeniero químico puesto que permite establecer las dimensiones geométricas y las condiciones límites y normales de operación de los equipos de proceso, razones por las cuales es necesario el desarrollo de modelos cada vez más rigurosos que representen con precisión el fenómeno físico al que corresponden.

Dado que las ecuaciones de estado para las sustancias puras producen resultados acertados, las fallas en las ecuaciones de estado para mezclas deben estar en los modelos empleados para obtener sus parámetros, por lo cual es necesario desarrollar reglas de mezclado que se apliquen a todo tipo de mezclas y que sean teóricamente correctas, de manera que puedan generarse datos confiables de propiedades volumétricas, termodinámicas y de equilibrio de fase.

Dado que existe un elevado número de métodos numéricos, deben establecerse criterios eficaces de decisión que permitan seleccionar el más adecuado de acuerdo con los requerimientos del problema y tomando en cuenta las limitaciones del equipo en el que se planea llevar a cabo los cálculos. Los criterios deben considerar la estabilidad del método, el tipo de sistema a resolver y su posible rigidez, el manejo de errores y el tamaño del paso, entre otros.

La interfaz gráfica garantiza el hecho de que el sistema que se desea simular quede completamente especificado puesto que obliga el ingreso de los datos necesarios para que los grados de libertad sean cero y de otra forma no permite realizar la simulación.

Los sistemas algebraico-diferenciales no poseen un método general que permita su resolución, razón por la cual es necesario desarrollar en cada caso específico un algoritmo de solución que organice las ecuaciones y administre la aplicación de los métodos numéricos, de tal forma que la solución pueda alcanzarse.

Las pruebas mediante las cuales se compararon los resultados del simulador Retromezcla con datos experimentales reales, permiten afirmar que este simulador cuenta con gran precisión en la simulación de reactores de tipo tanque agitado.

El presente trabajo de grado supera desarrollos anteriores por varias razones: en primera instancia por su generalidad, puesto que su modelo tiene pocas suposiciones y es posible especificar gran cantidad de reacciones con mecanismos simples o complejos, además pueden hacerse en él arreglos especiales de reacciones. Por otra parte, el complemento tiene incorporados el paquete termodinámico y el algoritmo de solución de ecuaciones, lo cual, sumado a la interfaz en contacto con el usuario evita emplear varios programas; adicional a esto, el hecho de operar como complemento de MS Excel® le permite exportar los resultados de la simulación a este programa y elaborar las tablas y las gráficas resultantes de la simulación fácilmente.

9. RECOMENDACIONES

El presente trabajo de grado asume que los flujos de entrada y de salida del reactor, así como el flujo de energía son valores constantes. Para futuras ampliaciones de este trabajo de grado se debe permitir que tales flujos sean variables, lo cual, asimismo, abre la posibilidad de crear módulos flexibles para instalar controladores y válvulas de control que ajusten estas variables de proceso a valores predeterminados.

Puede modificarse la interfaz gráfica del simulador de forma tal que puedan especificarse varias corrientes de entrada al reactor que tengan temperaturas y presiones distintas.

En la sección "Aclaraciones y Recomendaciones" del capítulo 6 se mencionó que el simulador no verifica el estado de agregación de la mezcla en ningún punto del reactor ni de la simulación; una posible ampliación de este trabajo, consiste en verificar que las corrientes y el interior del reactor estén en todo momento en fase líquida y brindar la posibilidad de que el simulador realice cálculos en fase gaseosa

Es recomendable que se modifique la interfaz gráfica de manera que las unidades no sean modificadas en una ventana aparte, sino que se escojan directamente en el lugar donde se ingresan los datos, permitiendo diferentes combinaciones de unidades. Además, deben dársele mayor flexibilidad a las unidades de las leyes de velocidad.

Se recomienda, para futuras ampliaciones de este trabajo, que se desarrolle un complemento que permita determinar los valores de las variables en el estado estacionario de un reactor CSTR, de manera que dichos valores sean empleados como punto de partida de la simulación dinámica.

Es recomendable modificar el simulador Retromezcla en la sección de "Reacciones" para que sea posible que, en reacciones en equilibrio, se pueda ingresar la ecuación mediante la cual varía la constante de equilibrio con la temperatura.

BIBLIOGRAFÍA

BRENT, R. P. An algorithm with guaranteed convergence for finding a zero of a function. En: The Computer Journal. Vol. 14, No. 4 (1971); p. 422-425.

BUNGE, Mario. La ciencia, su método y su filosofía. Buenos Aires: Siglo XX, 1972. 159 p.

BURDEN, Richard L. FAIRES, J. Douglas. Análisis Numérico. Séptima Edición. México: Thomson Editores, 2002. 839p.

BURDEN, Richard L. FAIRES, J. Douglas. Métodos Numéricos. Tercera Edición. Madrid: Thomson Paraninfo, 2004. 660p.

BUREŠ, M. A nonlinear equation describing the molar heat capacities of gases as a function of temperature. En: International Chemical Engineering. Vol. 26, No. 1 (Jan. 1986); p. 160-164.

DAHM, K. D.; HESKET, R. P. y SAVELSKY, M. J. Is process simulation used effectively in Che courses? En: Chemical Engineering Education. Vol. 36, No. 3 (Sum. 2002); p. 192-198.

DÍAZ DE LOS RÍOS, Manuel. Simulación dinámica de reactores tipo tanque agitado. En: Ingeniería Química (Nov. 1998); p. 97-103.

DICCIONARIO ENCICLOPÉDICO Planeta. Barcelona: Planeta, 1984. 5068p.

FELIU, Josep A. et al. Match your process constraints using dynamic simulation. En: Chemical Engineering Progress. Vol. 99, No. 12 (Dic. 2003); p. 42-48.

FOGLER, H. Scott. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. Tercera Edición. México: Pearson Educación, 2001. 968p.

GATZKE E. P. y DOYLE F.J. III. Multiple model approach for CSTR control. 14th IFAC World Congress, Beijing: Vol. 7; p. 343-348.

HENAO U., Carlos Andrés. Simulación y evaluación de los procesos químicos. Primera Edición. Medellín: Editorial Universidad Pontificia Bolivariana, 2006.

HENAO, C. A. y VELÁSQUEZ, J. Simulación de procesos químicos empleando MS EXCEL®: aplicación de la EOS Patel-Teja-Valderrama. En revisión.

HENAO, C. A. y VELÁSQUEZ, J. A. Simulación de procesos químicos empleando MS Excel® (III) – Simulación de reactores. En revisión.

INGHAM et al. Chemical engineering dynamics. 2nd Ed. Weinheim: Wiley-VCH, 2000. 646p.

KOWAR, Thomas R. y PAGONE, Franco M. REACTR: An industrial chemical reactor dynamic simulation computer program. En: Organic Process Research & Development. Vol. 5, No. 4 (2001); p. 393-407.

KULIKOV, Viatcheslav et al. Modular dynamic simulation of integrated particulate process by means of tool integration. En: Chemical Engineering Science. Vol. 60, No. 7 (2005); p. 2069-2083.

LEVENSPIEL, Octave. Modeling in chemical engineering. En: Chemical Engineering Science. Vol. 57 (2002); p. 4691-4696.

LIU, Yijun; LOTERO, Edgar y GOODWIN Jr., James G. A comparison of the esterification of acetic acid with methanol using heterogeneous versus homogeneous acid catalysis. En: Journal of Catalysis. Vol. 242, No. 2 (2006); p. 278-286.

LUYBEN, W. L. Plantwide dynamic simulators in chemical processing and control. Nueva York: Marcel Dekker, 2002. 456p.

LUYBEN, W. L. Process modeling, simulation, and control for chemical engineers. 2nd Ed. Singapur: McGraw-Hill, 1990. 725p.

MANSY, M. M.; McMILLAN, G. K. y SOWELL III, M. S. Step into the virtual plant. En: Chemical Engineering Progress. Vol. 98, No. 2, (Feb. 2002); p. 56-61.

NIETZSCHE, Federico. Humano, Demasiado Humano. Madrid: EDAF, 1984. 311p.

PATEL, N. C. Improvements of the Patel-Teja equation of state. En: International Journal of Thermophysics. Vol. 17, No. 3 (1996); p. 673-682.

PATEL, Navin C. y TEJA, Amyn S. A new cubic equation of state for fluids and fluid mixtures. En: Chemical Engineering Science. Vol. 37, No. 3 (1982); p. 463-473.

PENG, D.Y. y ROBINSON, D. B. A new two-constant equation of state. En: Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. Vol. 15, No. 1 (1976); p. 59-64.

RASHID, M. y BOGLE, I.D.L. Dynamic operability analysis and simulation of a CSTR with exothermic reaction. En: Computers & Chemical Engineering. Vol. 13, No. 3 (1989); p. 327-329.

REKLAITIS, Gintaras V. et al. Batch processing systems engineering: fundamentals and applications for chemical engineering. Alemania: Springer-Verlag, 1996. 868p.

RENON, Henri y Prausnitz, J. M. Local compositions in thermodynamic excess functions for liquid mixtures. En: AIChe Journal. Vol. 14, No. 1 (1968); p. 135-144.

SMITH, Allen W. Análisis Numérico. México: Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana, 1988. 608p.

SMITH, C. A. y CORRIPIO, A. B. Principles and Practice of Automatic Process Control. 2nd Ed. New York: John Wiley & Sons, 1997. 768p.

SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C. y ABBOTT, M. M. Introducción a la termodinámica en ingeniería química. Sexta edición. México: McGraw-Hill Interamericana, 2003. 837p.

VALDERRAMA, José O. The state of the cubic equations of state. En: Industrial & Engineering Chemistry Research. Vol. 42, No. 8 (2003); p. 1603-1618.

VAN NESS, H. C. Understanding thermodynamics. Nueva York: Dover, 1983. 103p.

WONG, David Shan Hill y SANDLER, Stanley I. A theoretically correct mixing rule for cubic equations of state. En: AIChe Journal. Vol. 38, No. 5 (May. 1992); p. 671, 680.

YANG, T. et al. Extension of the Wong-Sandler mixing rule to the three-parameter Patel-Teja equation of state: application up to the near critical region. En: Chemical Engineering Journal. Vol. 67 (1997); p. 27-36.

Santiago Builes Toro

Federico Calle Vallejo

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Químico

Directores

JORGE ALBERTO VELÁSQUEZ JARAMILLO

Ingeniero Químico. PhD

CARLOS ANDRÉS HENAO URIBE

Ingeniero Químico. Especialista

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA

ESCUELA DE INGENIERÍAS

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

MEDELLÍN

2007

CONTENIDO