(1,5 puntos) Si a usted le dicen que

SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS
EXAMEN CONVOCATORIA DE JUNIO
19/06/08
1. (1,5 puntos) Si a usted le dicen que 1 Tm de un producto A cuesta 500 euros ¿le dan todos los datos
que necesita para evaluar el coste de esta materia prima? Razone la respuesta.
2. (1,5 puntos) El siguiente sistema (cuyo diagrama de simulación se esquematiza) esta constituido por un
ciclo máximo, pero ¿cuántos ciclos menores lo constituyen? (Aplica metodología del Árbol de Steward).
¿qué corriente/s seccionarías para resolver el problema? ¿Por qué? (Nota. Puede utilizar el método que
desee).
Cambiador
de calor
Mezclador
Reactor 1
Reactor 2
Separador 1
Separador 2
3. (2 puntos) En un estudio en planta a escala conducente a la determinación de condiciones óptimas de
funcionamiento de un reactor se ha estudiado el efecto de tres factores (pH, concentración de reactivo y
conductividad) a dos niveles y se ha utilizado como variable de salida la conversión obtenida. Los
resultados experimentales de este estudio se muestran en la tabla adjunta
Ensayo
pH
concentración de
Conductividad
reactivo (ppm)
(µS/cm)
conversión
1
7,0
150
500
0,160
2
8,0
150
500
0,150
3
7,0
250
500
0,200
4
7,0
150
1000
0,170
5
8,0
250
500
0,240
6
8,0
150
1000
0,164
7
7,0
250
1000
0,260
8
8,0
250
1000
0,280
Además de los experimentos anteriormente comentados se llevaron a cabo otros experimentos de
replicación del punto central (conductividad = 750µS/cm ; pH=7,5; concentración del reactivo=200 ppm).
Los resultados alcanzados en estos ensayos han sido
Nº de experimento dosis optima de coagulante
(ppm)
1
0,170
2
0,206
3
0,220
4
0,178
5
0,228
¿Es significativo el efecto de alguna de las variables?
¿cómo seguirías el estudio de diseño factorial?
¿qué etapas debieses haber aplicado antes del diseño factorial?
¿qué se espera que hagas después de él?
.
4. (1,5 puntos) El esquema que se muestra a continuación corresponde con el diagrama de flujo de
información del problema dominante de un proceso químico (simplificado)
A
B
C
D
a) ¿Cuántos grados de libertad tiene el sistema?
b) ¿Cómo resolverías la optimización del mismo con un mínimo esfuerzo de cálculo?
5. (2,0 puntos) En la siguiente tabla se resume el modelo de un cambiador de calor
Balances de materia
m1 = m2 (1)
m3 = m4 (2)
Balance de energía
m1 h1 + m3 h3 = m2 h2 + m4 h4 (3)
Calculo de entalpías (estado de
h1 = Cp1T1 (4)
referencia líquido a 0ºC; calor
h2 = Cp 2T2 (5)
específico constante)
h3 = Cp 3T3 (6)
h4 = Cp 4T4 (7)
Ecuación de diseño
q = UA∆Tml (8)
E
∆Tml =
(T1 − T3 ) − (T2 − T4 )
(9)
T1 − T3
Ln
T2 − T4
q = m1 h1 − m 2 h2 (10)
U = U ( K , mi , Ti ) (11)
Variables:
m1, m2, m3, m4, T1, T2, T3, T4, h1, h2, h3, h4, q, U, A, UTml,
K
Se asume que los calores específicos son parámetros (variables con un valor asignado y fijo). Utilizando
el procedimiento de la matriz de distribución estructural determinar una secuencia de resolución del
sistema de ecuaciones para una simulación en estado estacionario y seleccionar cuales serían las mejores
variables de diseño para hacer que esta secuencia de resolución fuese lo más sencilla posible.
6. (1,5 puntos). Aplica el método de Complex de Box para determinar el máximo de la función
B=
8·Q·LnP
Q·P
+
5·Q + 9·T·P
T
con las siguientes restricciones
Q + P = 0,5·T
Q ≤ 8·T
T ·P ≥ 5
0 ≤ T ≤ 100
0 ≤ Q ≤ 10
0≤P≤6
NOTA.No calcule la solución final. Aplique el método Complex de Box con complex inicial + 5 etapas