Reatores Químicos-Aplicações Industriais e Estequiometria

Aplicação a um caso industrial Reação Química A 3B 2P em fase gasosa Exemplo Síntese da Amônia N2 3H2 2NH3 Separação Coluna de Destilação Reciclo P A B Inertes 2 MatériasPrimas A B Inertes Reator Coluna de Destilação Produtos Resfriador Trocador de Calor 1 P A B Inertes Aplicação a um caso industrial Reação Química A 3B 2P em fase gasosa Exemplo Síntese da Amônia N2 3H2 2NH3 Separação Coluna de Destilação Reciclo P A B Inertes 3 MatériasPrimas A B Inertes Reator Coluna de Destilação Produtos Resfriador Trocador de Calor 1 P A B Inertes Aplicação a um caso industrial Reação Química I A 3B 2P I em fase gasosa Reator Entrada A B Inertes P Saída P A B Inertes 4 Resfriador Trocador de Calor Condições da Corrente de Entrada P 0 12 atm T0 720 K CA0 100 CB0 150 CR0 50 CI0 100 Condições da Corrente de Saída P 1 atm T 300 K CA 160 Calcular a fração convertida de A no reator e a composição da corrente de saída aA bB iI cC dD iI Reação Química Tabela Estequiométrica 5 Dividindo tudo por a Tabela Estequiométrica Espécie N moles inicial Variação fração convertida de A X N moles remanescente A NA0 B NB0 C NC0 D ND0 I NI0 Total NT0 NT0 s1S Ns0 NA0 NB0 NC0 ND0 NI0 Espécie N moles inicial Variação fração convertida de A X N moles remanescente A NA0 NA0X NA NA0 NA0X B NB0 ba NA0X NB NB0 ba NA0X C NC0 ca NA0X NC NC0 ca NA0X D ND0 da NA0X ND ND0 da NA0X I NI0 0 NI NI0 Total NT0 da ca ba 1 NA0X NT NT0 da ca ba 1 NA0X NT0 s1S Ns0 NA0 NB0 NC0 ND0 NI0 Tabela Estequiométrica Espécie N moles inicial Variação fração convertida de A X N moles remanescente A NA0 NA0X NA NA0 NA0X B NB0 ba NA0X NB NB0 ba NA0X C NC0 ca NA0X NC NC0 ca NA0X D ND0 da NA0X ND ND0 da NA0X I NI0 0 NI NI0 Total NT0 da ca ba 1 NA0X NT NT0 da ca ba 1 NA0X NT0 s1S Ns0 NA0 NB0 NC0 ND0 NI0 Tabela Estequiométrica Espécie N moles inicial Variação fração convertida de A X N moles remanescente A NA0 NA0X NA NA0 NA0X B NB0 ba NA0X NB NB0 ba NA0X C NC0 ca NA0X NC NC0 ca NA0X D ND0 da NA0X ND ND0 da NA0X I NI0 0 NI NI0 Total NT0 da ca ba 1 NA0X NT NT0 da ca ba 1 NA0X NT0 sum from s1 to S of Ns0 NA0 NB0 NC0 ND0 NI0 da ca ba 1 δ NT NT0 δ NA0X Tabela Estequiométrica s A B I Razão molar entre cada espécie s e o reagente A na alimentação s a b i Exemplo para o reagente B Tabela Estequiométrica Espécie N moles remanescentes N moles remanescentes A NA NA0 NA0X NA NA0 1X B NB NB0 ba NA0X NB NA0 θB ba X C NC NC0 ca NA0X NC NA0 θC ca X D ND ND0 da NA0X ND NA0 θD da X I NI NI0 NI NA0 θI As mesmas relações valem para sistemas com escoamento substituindose o número de moles Ns pela vazão molar Fs Tabela Estequiométrica Lembrando a definição de concentração de uma espécie s 12 Variações de volume no sistema Equação de estado para um gás z Coeficiente de compressibilidade Nas condições da alimentação Dividindo essas equações e isolando o volume V 13 Como Então Dividindo essas equações e isolando o volume V 14 Como Então Em que Fração molar de A na alimentação 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎 çã𝑜 𝑛𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑠𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 15 Então o volume da mistura gasosa varia da seguinte forma 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎 çã𝑜 𝑛𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑠𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑎 16 Então o volume da mistura gasosa varia da seguinte forma V V0 P0P TT0 1 ε X v v0 P0P TT0 1 ε X Ns NA0 θs νs X Fs FA0 θs νs X Cs NA0 θs νs X V0 1 ε X PP0 T0T Cs FA0 θs νs X v0 1 ε X PP0 T0T Aplicação a um caso industrial Reação Química I A 3B 2P I em fase gasosa Reator Entrada A B Inertes P Saída P A B Inertes 18 Resfriador Trocador de Calor Condições da Corrente de Entrada P 0 12 atm T0 720 K CA0 100 CB0 150 CR0 50 CI0 100 Condições da Corrente de Saída P 1 atm T 300 K CA 160 Calcular a fração convertida de A no reator e a composição da corrente de saída Aplicação a um caso industrial Cs CA0 θs νs X 1 ε X P P0 T0 T θs Cs0 CA0 d a c a b a 1 δ δ yA0 ε CA CA0 1 X 1 ε X P P0 T0 T Aplicação a um caso industrial Cs CA0 θs νs X 1 ε X P P0 T0 T θs Cs0 CA0 d a c a b a 1 δ δ yA0 ε CA CA0 1 X 1 ε X P P0 T0 T Respostas X 033 CB 120 CP 280 CI 240