>	restart:#"m09_p24"

A un reactor isobárico y adiabático se hace entrar una mezcla equimolar de monóxido de carbono y oxígeno en condiciones ambiente. Se pide:
a) Composición y temperatura a la salida suponiendo combustión completa, y variación de exergía entre la entrada y la salida.
b) Composición y temperatura a la salida suponiendo combustión en equilibrio.

Datos:

>	read`../therm_chem.m`:with(therm_chem):with(therm_proc):

>	su1:="Aire":su2:="CO":dat:=[b_a=1,x[O2,atm]=0.21,x[CO2,atm]=0.0003]:

Esquema:

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Eqs. const.:

>	dat:=op(dat),op(subs(g=g0,[Const])),SI2,SI1:

a) Composición y temperatura a la salida suponiendo combustión completa, y variación de exergía entre la entrada y la salida.

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eqEST_:=eq_fit(CO+a*O2=b*CO2);eqMIX_:=eqMIX(a*CO+b*O2=[2,4]);eqDat:=b/a=subs(dat,b_a);'eqNX'=eqNX;'eqBC'=eqBC;'eqBO'=eqBO;sol1_:=subs(dat,solve({eqDat,eqNX,eqBC,eqBH,eqBO},{a,b,x[Comp[2]],x[Comp[4]]})):'sol1'=evalf(%,2);i:='i':'PCI'=-Sum(nu[i]*h[f,i],i=1..C);PCI_:=subs(sol1_,PCI(eqMIX_)/a):'PCI'=evalf(%,3);i:='i':eqBE:=PCI=Sum('delta[i]*x[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]/a',i=1..C)*(Tad-T25);eqBE_:=subs(cpComp,sol1_,b=a*b_a,dat,dat,(PCI_=sum('delta[i]*x[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]/a',i=1..C_)*(Tad-T25))):Tad_:=subs(dat,solve(%,Tad)):'Tad'=evalf(%,3);

Exergía a la entrada (supuesto flujos separados) respecto a la atmósfera de referencia (ibid, p. 204).

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Phi_in:=a*phi[CO,Tstd]+b*phi[O2,Tstd];phi[CO,Tstd]:=phi[r,Tstd]+phi[CO2,Tstd]-(1/2)*phi[O2,Tstd];phi[CO,Tstd]:=subs(dat,evalf(subs(dat,-(g4_-g7_-(1/2)*g2_)-R[u]*T25*ln(x[CO2,atm])+(1/2)*R[u]*T25*ln(x[O2,atm])))):'phi[CO,Tstd]'=evalf(%,2);phi[O2,Tstd]:=-R[u]*T25*ln(x[O2,atm]);phi[O2,Tstd]:=subs(dat,evalf(subs(dat,-R[u]*T25*ln(x[O2,atm])))):'phi[O2,Tstd]'=evalf(%,2);Phi_in_:=subs(sol1_,Phi_in):'Phi_in'=evalf(%,2);

Exergía a la salida (supuesto mezclada) respecto a la atmósfera de referencia.

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Phi_out:=x[CO2]*phi[CO2,T]+x[O2]*phi[O2,T]-1*R[u]*T0*(x[CO2]*ln(x[CO2])+x[O2]*ln(x[O2]));phi[CO2,T]:=phi[CO2,Tstd]+c[p,CO2]*(T-Tstd-Tstd*ln(T/Tstd));phi[CO2,T]:=subs(dat,evalf(subs(T=Tad_,cpComp,dat,-R[u]*T25*ln(x[CO2,atm])+c[p,CO2]*(T-T25-T25*ln(T/T25))))):'phi[CO2,T]'=evalf(%,2);phi[O2,T]:=subs(dat,evalf(subs(T=Tad_,cpComp,dat,-R[u]*T25*ln(x[O2,atm])+c[p,O2]*(T-T25-T25*ln(T/T25))))):'phi[O2,T]'=evalf(%,2);Phi_out_:=subs(dat,evalf(subs(sol1_,dat,Phi_out))):'Phi_out'=evalf(%,2);Irr:=evalf(subs(sol1_,((Phi_in_-Phi_out_)/a)*mol_/mol_CO_),3);

i.e. ya en la combustión, pese a tantas idealizaciones, hay una irreversivilidad de 30 kJ por mol de CO a la entrada, o 190-170=20 kJ/mol de productos

b) Composición y temperatura a la salida suponiendo combustión en equilibrio.

>	eq:=eqMIX(a*CO+b*O2=[2,4,7]);eq1:=evalf(subs(p=p0,dat,eqEQ(CO+(1/2)*O2=CO2)));sol1_:=solve(subs(dat,{eqDat,eqNX,eqBC,eqBO}),{a,b,x[Comp[2]],x[Comp[4]]}):eq1_:=subs(%,eq1);Tad_:=solve(%,T);

>	PCI:=-Sum('delta[i]*x[Comp[i]]*h||i',i=1..C)/a;PCI_:=-subs(sol1_,sum('delta[i]*x[Comp[i]]*h||i||_',i=1..C_)/a);eqBE_:=subs(cpComp,sol1_,b=a*b_a,dat,dat,PCI_=sum('delta[i]*x[Comp[i]]*c[p,Comp[i]]/a',i=1..C_)*(Tad_-T25));

>	xCO_:=fsolve(subs(SI0,eqBE_),x[CO]=0..1):'x[CO]'=evalf(%,2);Tad__:=evalf(subs(x[CO]=xCO_,Tad_)):'Tad'=evalf(%,2);PCI__:=evalf(subs(x[CO]=xCO_,PCI_)):'PCI'=evalf(%,2);evalf(subs(x[CO]=xCO_,sol1_),2);

Conclusión:

Si no se disociara el CO2 se alcanzarían 4300 K, y se disociara hasta el equilibrio 3300 K, reduciéndose el %CO2 del 67% al 19%.

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