• Non ci sono risultati.

Lab #1 Exercise

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Condividi "Lab #1 Exercise"

Copied!
2
0
0

Testo completo

(1)

Dynamics and Control of Chemical Processes

Prof. Davide Manca

Chemistry, Material and Chemical Engineering Department, “G. Natta”

Politecnico di Milano  

Lab #1

Exercise 1 

A biological process is operated in a batch reactor characterized by the growth of biomass (B) at a  loss of substrate (S). The material balances for the two species are: 

1 2

1 3

2

k BS dB

dt k S k BS dS k

dt k S

 

 



  

 

 

Determine the dynamics of both the substrate and biomass over 15 h, knowing that: 

-1 1 0.5 h

k   

7 3

2 10 kmol m

k  

3 0.6

k   

The initial conditions are: 

 

 

3

3

0 0.03 kmol m 0 4.5 kmol m B

S

 



   

Solve  the  problem  in  Matlab.  Modify  the  parameters  for  the  error  control  of  the  ordinary  differential system by adopting a relative tolerance of 108 and an absolute one of 1012 (respect  to the default Matlab values). Compare the two dynamics. 

Exercise 2 

Consider an intermediate storage tank that is perfectly mixed (CST) and heated. 

Evaluate  the  dynamics  of  the  outlet  temperature  after  a  step  disturbance  of  30  °C  on  the  inlet  temperature, given the following data: 

 Heat power supplied to the system: Q1MW 

 Inlet flowrate: Fi 8 kmol s 

 Mass holdup of the CST: m100 kmol 

 Specific heat of the mixture: cp2.5 kJ kmol K 

(2)

 Inlet temperature: Ti 300 K   

Fi, Ti Fo, To

Q  

Exercise 3 

Let  us  consider  the  mixing  of  two  streams  featuring  different  concentrations  of  the  same  component. 

F

1

, c

1

F

2

, c

2

F

3

, c

3

Input data:   

 Stream 1: F1 2 m h3c1 0.5 kmol m3 

 Stream 2: F2 10 m h3c2 6 kmol m3 

Determine  the  outlet  concentration  dynamics  from  the  mixer  when  the  flowrate,  F1,  varies  linearly with the time as follows: F10.04 t , up to the maximum value of: 20 m h3

Exercise 4 

A side reaction occurs in a storage tank. The variations of conversion ( z ) and temperature ( ) can  are described by the following formula: 

 

   

   

1 1

n

n

dz z h

d B

d z h

d

 

   

  



   



 

In  these  reactions,  B   is  the  heat  of  reaction; n  is the  reaction  order;    the  ratio  between  the  reaction heat and the heat removed by heat exchange;    is the reaction activation energy; h is  the exponential term of the reaction kinetics: 

 

exp

1

h       

All the variables are non‐dimensional. 

Evaluate  the  temperature  dynamics  when    varies  between  0.35  and  0.65,  with  the  following  parameter values: 

n1 

B20 

    

The initial conditions are: 

z 0 0 

  01

Riferimenti

Documenti correlati

[r]

[r]

[r]

[r]

Initially,  the  distillation  column  is  working  in  stationary  conditions  and  in  absence  of 

Modify the parameters for the error control of the ordinary differential system by adopting a relative tolerance of 10  8 and an absolute one of 10  12 (respect to

Simulate the whole process, report the conditions of the PFR outlet, and plot the molar flow of the components versus the length of the reactor. How can the recovery of styrene

The liquid level is controlled by manipulating the liquid outlet flowrate, with a 1 bar pressure