Gráfico lineal simulado de dos conjuntos de composición de dos sustancias (Ca y Cb) obtenidos utilizando la teoría de la región alcanzable. Región óptima deseada marcada con un círculo.
La teoría de la región alcanzable (AR) es una rama de la ingeniería química , específicamente de la ingeniería de reacciones químicas , que utiliza conceptos de optimización geométrica y matemática para ayudar en el diseño de redes de reactores químicos. La teoría AR es un método para ayudar a definir el mejor diagrama de flujo del reactor utilizando técnicas gráficas para una tarea o función objetivo deseada. [1] [2]
Origen de la teoría AR
El concepto inicial de región alcanzable para procesos químicos fue propuesto por Fritz Horn en 1964, donde creía en métodos geométricos para mejorar el diseño de procesos. [3] Estas ideas fueron posteriormente refinadas y específicas para reactores químicos por los codesarrolladores David Glasser , Diane Hildebrandt, [4] y Martin Feinberg. [3]
Descripción general
El AR se define como el conjunto de todos los resultados posibles para todas las combinaciones de reactores imaginables. [5] Geométricamente, el AR puede (por ejemplo) representarse como una región convexa en el espacio de estados que representa todas las composiciones de salida posibles para todas las combinaciones de reactores. Una combinación de reactores suele denominarse estructura de reactor. Un ejemplo de los reactores que se consideran para esta teoría son el reactor de tanque agitado de flujo continuo (CSTR) y un modelo de reactor de flujo pistón (PFR) .
El conocimiento de la AR ayuda a abordar dos áreas en el diseño de reactores químicos:
El problema de síntesis de la red del reactor: dado un sistema de reacciones y un punto de alimentación, la construcción del AR ayuda a determinar una estructura óptima del reactor que logre un deber o función objetivo deseado. Es decir, la teoría AR ayuda a comprender específicamente qué tipo y combinación de reactores químicos son los más adecuados para un sistema y una tarea en particular.
Objetivos de rendimiento: dado el diseño de un reactor existente, el conocimiento del AR ayuda a comprender si existen otras estructuras de reactor que podrían lograr un rendimiento superior, en comparación con su ubicación en el AR. Dado que el AR representa todos los diseños de reactores por definición, los diferentes diseños de reactores propuestos deben encontrarse como un punto dentro o sobre el AR en el espacio de estados. La eficacia de cada diseño podrá entonces evaluarse comparando los AR y su relación con las funciones objetivas, si las hubiera.
Aplicaciones de la teoría
Ejemplos de dónde se puede aplicar la teoría AR incluyen:
^ "Diseño de sistemas de reactores (regiones alcanzables)". UNISA . Archivado desde el original el 15 de agosto de 2016 . Consultado el 1 de febrero de 2022 .
^ "Teoría de la región alcanzable - Universidad de Michigan". Universidad de Michigan . Consultado el 2 de enero de 2016 .
^ ab Feinberg, Martin (9 de febrero de 2002). "Hacia una teoría de la síntesis de procesos". Investigación en química industrial y de ingeniería . 41 (16). Sociedad Química Estadounidense (ACS): 3751–3761. doi :10.1021/ie010807f. ISSN 0888-5885.
^ Ming, David; Glasser, David ; Metgzer, Mateo; Hildebrandt, Diana; Glasser, Benjamin (10 de octubre de 2016). Teoría de la región alcanzable: una introducción a la elección de un reactor óptimo. ISBN978-1119157885.
^ Metzger, Mateo; Glasser, Benjamín; Glasser, David; Hausberger, Brendon; Hildebrandt, Diane (2007). "Enseñanza de la ingeniería de reacción utilizando la región alcanzable" (PDF) . Educación en Ingeniería Química : 258.
^ Ming, David; et al. (2013). "Aplicación de la teoría de la región alcanzable a reactores discontinuos". Ciencias de la Ingeniería Química . 99 : 203–214. doi :10.1016/j.ces.2013.06.001.
^ Khumalo, Ngangezwev; et al. (2006). "La aplicación del análisis de la región alcanzable a la conminución" (PDF) . Ciencias de la Ingeniería Química . 61 (18): 5969–5980. doi :10.1016/j.ces.2006.05.012. hdl :10539/4944.
