Tanque de Nível e Reator CSTR - Exercícios e Análise

Tanque de Nível e Reator CSTR EDO 1ª Ordem Curso de Engenharia Química Disciplina de Métodos Computacionais aplicado Profª Delba N C Melo Campinas 09 de Março de 2022 Tanque de transbordamento Um tanque com um volume total de 250 litros e com área transversal constante de 025 m2 é utilizado para aquecer água que entra a uma vazão de 37 litrosmin conforme o esquema mostrado na Figura 1 Calor é adicionado ao sistema a uma taxa Q através de uma serpentina na qual circula vapor saturado a 100C A vazão de saída F é proporcional à altura h do tanque Fch Assumese que a densidade e a capacidade calorífica Cp da água sejam constantes na região de operação do tanque e que c01 m2min Tanque de Nível Exercício 1 De acordo com a descrição do processo e com a expressão que fornece a variação da h de líquido dentro do tanque com o tempo Em que a sua solução analítica é E responda os itens que se seguem a Classifique o modelo obtido segundo pelo menos três critérios b Tendo como base os dados operacionais fornecidos qual é a altura inicial do tanque ou seja o valor da altura no tempo zero Respostas c Se a vazão da entrada Fi muda bruscamente para 87litrosmin qual é a expressão que fornece a variação da altura com o tempo Respostasht d Neste caso qual será o tempo gasto para que a altura chegue a 086m Qual será a altura no novo estado estacionário tempo muito grande t Respostas e Um operador A garante que a vazão Fi pode aumentar até 137litrosmin sem que haja transbordamento do tanque Como engenheiro responsável pelo processo e baseado nas informações fornecidas você é chamado a avaliar a afirmação do operador Caso ele esteja correto em quanto tempo após a mudança da vazão de 37 para 137 litrosmin o tanque começará a transbordar Respostas Tanque de Nível Exercício 1 CSTR FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO Exemplo 2 CSTR Seja um reator químico do tipo CSTR isotérmico Consideraremos uma reação química de primeira ordem com a seguinte estequiometria A B Onde A é o reagente e B é o produto desejado Neste tipo de processo temos interesse em avaliálo em termos do seu comportamento dinâmico e em estado estacionário as grandezas não variam com o tempo e são destacadas pelo Subscrito S O sistema possui uma taxa de fluxo de constante Podemos então representar o modelo do reator para a variação da concentração e do volume conforme as equações diferenciais de balanço de massa por componente e de massa global O tempo de residência é dado por VF Dados V5ft3 F1ft3min CAos125 lbmolft3 k02 min1 Pedese a Quais são as variáveis de estado os parâmetros bem como as variáveis de entrada e de saída deste processo e classifique o modelo justificando sua resposta b A partir da equação diferencial que representa a concentração de A encontre o valor da concentração CAS no seu estado estacionário CSTR Exercício 2 Seja um reator químico do tipo CSTR isotérmico Consideraremos uma reação química de segunda ordem com a seguinte estequiometria Onde A é o reagente e B é o produto desejado Neste tipo de processo temos interesse em avaliálo em termos do seu comportamento dinâmico e em estado estacionário as grandezas não variam com o tempo e são destacadas pelo Subscrito S O sistema possui uma taxa de fluxo de saída que é uma função linear da altura de modo que a taxa de fluxo é linearmente relacionada com o volume do líquido no reator de acordo com a equação 2 Podemos então representar o modelo do reator para a variação da concentração e do volume conforme as equações 3 e 4 respectivamente Pedese a Quais são as variáveis de estado os parâmetros bem como as variáveis de entrada e de saída deste processo e classifique o modelo justificando sua resposta b A partir da equação 3 encontre o valor da concentração C no estado estacionário 2 3 in in F dC C C kC dt V 4 in dV F V dt Dados 1 2 1min 1 min litros k V litro gmol Considerando o valor da concentração inicial no estado estacionário igual a C 1 inS gmol litros e o fluxo de entrada é 1 min inS litro F Pedese