source: mso/sample/reactors/fogler/chap8/propylene_glycol.mso @ 63

Last change on this file since 63 was 63, checked in by Rodolfo Rodrigues, 16 years ago

Added more samples

File size: 6.1 KB
Line 
1#*---------------------------------------------------------------------
2* Hydrolysis of propylene glycol
3*----------------------------------------------------------------------
4* Solved problem from Fogler (1999)
5* Problem number: 8-4 and 8-5
6* Page: 404-410 (Brazilian edition, 2002)
7*----------------------------------------------------------------------
8*
9*   Description:
10*               The propylene glycol is produced for hydrolysis reaction of
11*       propylene oxide in a CSTR:
12*                       CH3(O)CHCH3 + H2O -> CH2(OH)CH2(OH)CH3
13*               This sample calculates the molar conversion that is reached
14*       with this operation condition. In the example 8-4 is used an
15*       adiabatic CSTR and in the example 8-5 is used a CSTR with a
16*       cooling coil.
17*
18*   Assumptions
19*               * first-order reaction with respect to propylene oxide
20*               * steady-state
21*       * adiabatic system
22*       * liquid phase
23*
24*       Specify:
25*               * the inlet stream
26*               * the kinetic parameters
27*               * the components parameters
28*
29*----------------------------------------------------------------------
30* Author: Christiano D. W. Guerra and Rodolfo Rodrigues
31* GIMSCOP/UFRGS - Group of Integration, Modeling, Simulation, Control,
32*                                       and Optimization of Processes
33* $Id$
34*--------------------------------------------------------------------*#
35
36using "types";
37
38
39#*---------------------------------------------------------------------
40* Example 8-4: In an adiabatic CSTR
41*--------------------------------------------------------------------*#
42
43FlowSheet adiabatic_cstr
44        PARAMETERS
45        NComp           as Integer              (Brief="Number of components", Lower=1);
46        stoic(NComp)as Real             (Brief="Stoichiometric coefficients");
47        vo(NComp)       as flow_vol     (Brief="Total input flow", Unit="ft^3/h");
48        Hro(NComp)      as enth_mol     (Brief="Enthalpy of formation", Unit="Btu/lbmol");
49        To                      as temperature  (Brief="Initial temperature", Unit="degR");
50        Tr                      as temperature  (Brief="Reference temperature", Unit="degR");
51        Cp(NComp)       as Real                 (Brief="Molar heat capacity", Unit="Btu/lbmol/degR");
52        Fo(NComp)       as flow_mol             (Brief="Input molar flow of component", Unit="lbmol/h");
53        V                       as volume               (Brief="Volume of the reactor");
54        # Rate of reaction
55        A                       as frequency    (Brief="Frequency factor");
56        E                       as Real                 (Brief="Energy activation", Unit="Btu/lbmol");
57        R                       as Real                 (Brief="Universal gas constant", Unit="Btu/lbmol/degR", Default=1.987);
58
59        VARIABLES
60        T                       as temperature  (Brief="Temperature", Unit="degR");
61        k                       as Real                 (Brief="Specific rate of reaction", Unit="1/h");
62        XMB                     as fraction             (Brief="Conversion as Material balance");
63        XEB                     as fraction             (Brief="Conversion as Energy balance");
64        tau                     as time_h               (Brief="Residence time", Unit="h");
65        Theta(NComp)as Real                     (Brief="Molar fraction between components");
66       
67        EQUATIONS
68        "Change time in T"
69        T = time*"degR/s";
70       
71        "Residence time"
72        V = tau*sum(vo);
73       
74        "Parameter Theta"
75        Theta = Fo/Fo(1);
76       
77        "Specific rate of reaction"
78        k = A*exp(-E/R/T);
79       
80        "Conversion as Material balance"
81        XMB*(1 + tau*k) = tau*k;
82       
83        "Conversion as Energy balance"
84        XEB*(sumt(stoic*Hro) + sumt(stoic*Cp)*(T - Tr)) = -sumt(Theta*Cp)*(T - To);
85       
86        SET
87        NComp = 4;      #       A: propylene oxide, B: water,
88                                #       C: propylene glicol, and M: methanol
89        stoic = [-1, -1, 1, 0]; # A + B -> C
90       
91        V       = 300*"gal";
92        Hro = [-6.66e4, -1.23e5, -2.26e5, 0]*"Btu/lbmol"; # at Tr
93        Cp  = [35, 18, 46, 19.5]*"Btu/lbmol/degR";
94        vo  = [46.62, 233.1, 0, 46.62]*"ft^3/h";
95       
96        Fo      = [43.04, 802.8, 0, 71.87]*"lbmol/h";
97        To      = (75 + 459.69)*"degR";
98        Tr      = (68 + 459.69)*"degR";
99       
100        A       = 16.96e12*"1/h";
101        E       = 32400*"Btu/lbmol";
102       
103        OPTIONS
104        time=[535:0.45:625];   
105end
106
107
108#*---------------------------------------------------------------------
109* Example 8-5: In a CSTR with a cooling coil
110*--------------------------------------------------------------------*#
111
112FlowSheet cooling_cstr
113        PARAMETERS
114        NComp           as Integer              (Brief="Number of components", Lower=1);
115        stoic(NComp)as Real             (Brief="Stoichiometric coefficients");
116        vo(NComp)       as flow_vol     (Brief="Total input flow", Unit="ft^3/h");
117        Hro(NComp)      as enth_mol     (Brief="Enthalpy of formation", Unit="Btu/lbmol");
118        To                      as temperature  (Brief="Initial temperature");
119        Tr                      as temperature  (Brief="Reference temperature");
120        Ta                      as temperature  (Brief="Temperature of cooling");
121        Cp(NComp)       as Real                 (Brief="Molar heat capacity", Unit="Btu/lbmol/degR");
122        Fo(NComp)       as flow_mol             (Brief="Input molar flow of component", Unit="lbmol/h");
123        V                       as volume               (Brief="Volume of the reactor");
124        U                       as heat_trans_coeff(Brief="Heat transfer coefficient");
125        a                       as area                 (Brief="Heat transfer area");
126        # Rate of reaction
127        A                       as frequency    (Brief="Frequency factor");
128        E                       as Real                 (Brief="Energy Activation", Unit="Btu/lbmol");
129        R                       as Real                 (Brief="Universal gas constant", Unit="Btu/lbmol/degR", Default=1.987);
130
131        VARIABLES
132        XMB                     as fraction             (Brief="Molar conversion as Material balance");
133        XEB                     as fraction             (Brief="Molar conversion as Energy balance", Lower=-0.1, Upper=1.5);
134        k                       as Real                 (Brief="Specific rate of reaction", Unit="1/h");
135        T                       as temperature  (Brief="Temperature", Unit="degR");
136        tau                     as time_h               (Brief="Residence time", Unit="h");
137        Theta(NComp)as Real                     (Brief="Molar fraction between components");
138       
139        EQUATIONS
140        "Change time in T"
141        T = time*"degR/s";
142       
143        "Specific rate of reaction"
144        k = A*exp(-E/(R*T));
145       
146        "Residence time"
147        V = tau*sum(vo);
148       
149        "Parameter Theta"
150        Theta = Fo/Fo(1);
151       
152        "Conversion as Material balance"
153        XMB*(1 + tau*k) = tau*k;
154       
155        "Conversion as Energy balance"
156        XEB*(sumt(stoic*Hro) + sumt(stoic*Cp)*(T - Tr)) =
157                -(sumt(Theta*Cp)*(T - To) + U*a*(T - Ta)/Fo(1));
158
159        SET
160        NComp = 4;      #       A: propylene oxide, B: water,
161                                #       C: propylene glicol, and M: methanol
162        stoic = [-1, -1, 1, 0]; # A + B -> C
163       
164        V       = 300*"gal";
165        U       = 100*"Btu/ft^2/h/degR";
166        a       = 40*"ft^2";
167       
168        Hro = [-6.66e4, -1.23e5, -2.26e5, 0]*"Btu/lbmol"; # at Tr
169        Cp  = [35, 18, 46, 19.5]*"Btu/lbmol/degR";
170        vo  = [46.62, 233.1, 0, 46.62]*"ft^3/h";
171        Fo      = [43.04, 802.8, 0, 71.87]*"lbmol/h";
172       
173        To      = (75 + 459.69)*"degR";
174        Tr      = (68 + 459.69)*"degR";
175        Ta      = (85 + 459.69)*"degR";
176       
177        A       = 16.96e12*"1/h";
178        E       = 32400*"Btu/lbmol";
179       
180        OPTIONS
181        time=[535:0.45:625];
182end
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.