Diseño de reactores. Parte 11. Desempeño de un reactor por lote.

Diseño de reactores. Parte 11. Desempeño de un reactor por lote.

Este ejercicio está basado en ejercicios del capítulo 2 de Martínez y Rodríguez (2005).

Se requiere conocer el tiempo de reacción (t) en un reactor por lote para alcanzar una concentración de 20 mg/L, en el cual se degrada un contaminante siguiendo la cinética de orden variable. La concentración inicial (So) del contaminante es de 500 mg/L. Las constantes para la cinética de orden variable son: k1=0.9965h-1 y k2=0.0498 L/mg.

Se utiliza la función int de MATLAB:

t=int(‘-(1+0.0498*S)/(1*S)’, ‘S’, 500, 20)

La solución es t=27.21888 h

Se elaboró un programa para MATLAB que calcula los tiempos de reacción para alcanzar concentraciones descendentes de contaminante en el efluente (Se), con el siguiente código:

for Se=10:10:490

    format short g

    t=int('-(1+0.0498*S)/(1*S)', 'S', 500, Se);

    xlabel('tiempo (h)');

    ylabel('Se (DQO: mg/L)');

    plot(t, Se, 'ko')

    hold on

    disp('t, Se')

    R = [t, Se]

end

Los resultados que genera el programa son los que se muestran a continuación con el formato (t, Se):

[ 28.314023005428146058618750787911, 10]

[ 27.122875824868200749201518666452, 20]

[ 26.219410716760036367223505550988, 30]

[ 25.433728644308255439784286544994, 40]

[ 24.712585092994045684017991454684, 50]

[ 24.03226353620009105780627342953, 60]

                .

                .

                .

[ 4.1583533871447777527009206860867, 420]

[ 3.6368228897345836351459082745647, 430]

[ 3.1158333715098848957223429670291, 440]

[ 2.5953605156578263012275009808393, 450]

[ 2.0753816089390510583947658346422, 460]

[ 1.5558754037180874717978001181384, 470]

[ 1.0368219945202551295545770651553, 480]

[ 0.51820270731751944840804530102419, 490]

El gráfico de salida es el que se muestra en la Figura 12.

También se quiere conocer qué concentración se tendrá en el reactor a las 24 horas de tiempo de reacción.

Se utiliza la siguiente expresión:

(1/k1)ln(So/Se)+(k2/k1)*(So-Se)-t=0

La solución con MATLAB sería la siguiente:

Se=solve(‘(1/0.9965)*log(500/Se)+(0.0498/0.9965)*(500-Se)-24’)

La respuesta generada es: Se=61.810649 mg/L

Figura 12. Gráfico de concentración de contaminante en el efluente (Se, DQO: mg/L) contra tiempo de reacción (h), elaborado con MATLAB.

De acuerdo con los resultados desplegados por el programa, el tiempo de reacción para alcanzar una eficiencia de remoción del contaminante del 90%, considerando que su concentración inicial es de So=500 mg/L, es de 24.7 h.

Bibliografía

Martínez D., Sergio A. y Miriam G. Rodríguez R.2005. Tratamiento de aguas residuales con MATLAB. Editorial Reverté. Universidad Autónoma Metropolitana. México, DF, México.