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Engenharia Química ·
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2 Considere o seguinte PFR com reciclo 3 Aplicações de Reciclo 1 Reduzir a conversão por passe no reator 2 Acompanhamento da cinética da reação 3 Necessidade de alto grau de mistura quando o preço do CSTR é proibitivo 4 Reações bioquímicas recirculação de células etc 4 Definição de Razão de Reciclo 𝑅 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑎 𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑖 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 EQUAÇÕES DE PROJETO DE REATORES COM RECICLO 6 Do Balanço molar para o reagente limitante A usando o reator de reciclo como volume de controle 𝜏 𝐶𝐴𝑜 𝑉 𝐹𝐴𝑜 𝑅 1 𝑥𝐴1 𝑥𝐴𝑓 𝑑𝑥𝐴 𝑟𝐴 𝜏 𝐶𝐴𝑜 𝑉 𝐹𝐴𝑜 𝑅 1 𝐶𝐴1 𝐶𝐴𝑓 𝑑𝐶𝐴 𝑟𝐴 𝑥𝐴1 𝑅 𝑅 1 𝑥𝐴𝑓 𝐶𝐴1 𝐶𝐴𝑜 𝑅𝐶𝐴𝑓 𝑅 1 Equação Geral de Projeto para PFR com reciclo 7 Casos Extremos de Reciclo R 0 R 8 Equações Específicas para PFR com Reciclo Reação de primeira ordem com A 0 𝑘𝜏 𝑅 1 𝑙𝑛 𝐶𝐴𝑜 𝑅𝐶𝐴𝑓 𝑅 1 𝐶𝐴𝑓 Reação de segunda ordem 2A Produtos com A 0 𝑘𝐶𝐴𝑜𝜏 𝑅 1 𝐶𝐴𝑜𝐶𝐴𝑜 𝐶𝐴𝑓 𝐶𝐴𝑜 𝑅𝐶𝐴𝑓 𝐶𝐴𝑓 9 Exemplo 1 Temos 90 de conversão de uma alimentação líquida n 1 Cao 10 molsL em nosso reator pistonado com reciclo R2 Se fecharmos a corrente de reciclo de quanto deverá aumentar a taxa de processamento de nossa alimentação para a mesma conversão de 90 10 Exemplo 2 Reações de hidrodealquilação têm um importante papel em muitos esquemas de processamento petroquímico comercial Como um exemplo deste tipo de reação nós consideraremos o seguinte Tolueno Hidrogênio Benzeno Metano A taxa da reação nas condições de interesse é 𝑟𝐴 𝑘𝐶𝐴𝐶𝐵 12 onde CA e CB são as concentrações de tolueno e hidrogênio respectivamente De dados da literatura é conhecido que a constante da taxa à1260 F e 800 psig de pressão total é 0316 ft32lbmol12seg Você tem disponível um pequeno reator de reciclo cujo fluxograma pode ser esquematicamente representado pelo diagrama a seguir 11 A vazão volumétrica da corrente de reciclo é muitas e muitas vezes aquela da alimentação nova Se usase uma razão molar de 34 hidrogênio para 1 de tolueno na alimentação nova que fração de tolueno é convertida para benzeno sobre as condições previamente especificadas O tempo de residência médio de um elemento de fluido é de 301 segundos Para obter um valor numérico para o problema devese usar ferramentas de cálculo numérico ou tentativa e erro 12 Exemplo 3 Uma reação a densidade constante é conduzida em um reator CSTR de volume V A reação é de primeira ordem e irreversível com uma constante da taxa igual a k A vazão volumétrica da alimentação é Q Sobre essas condições a conversão de A na corrente de produtos é xA Se metade da corrente que sai do reator é reciclada e a taxa de alimentação é reduzida para Q2 qual será a variação na conversão da corrente de produtos Qual será a variação na taxa de produção de produtos
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2 Considere o seguinte PFR com reciclo 3 Aplicações de Reciclo 1 Reduzir a conversão por passe no reator 2 Acompanhamento da cinética da reação 3 Necessidade de alto grau de mistura quando o preço do CSTR é proibitivo 4 Reações bioquímicas recirculação de células etc 4 Definição de Razão de Reciclo 𝑅 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑎 𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑖 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 5 EQUAÇÕES DE PROJETO DE REATORES COM RECICLO 6 Do Balanço molar para o reagente limitante A usando o reator de reciclo como volume de controle 𝜏 𝐶𝐴𝑜 𝑉 𝐹𝐴𝑜 𝑅 1 𝑥𝐴1 𝑥𝐴𝑓 𝑑𝑥𝐴 𝑟𝐴 𝜏 𝐶𝐴𝑜 𝑉 𝐹𝐴𝑜 𝑅 1 𝐶𝐴1 𝐶𝐴𝑓 𝑑𝐶𝐴 𝑟𝐴 𝑥𝐴1 𝑅 𝑅 1 𝑥𝐴𝑓 𝐶𝐴1 𝐶𝐴𝑜 𝑅𝐶𝐴𝑓 𝑅 1 Equação Geral de Projeto para PFR com reciclo 7 Casos Extremos de Reciclo R 0 R 8 Equações Específicas para PFR com Reciclo Reação de primeira ordem com A 0 𝑘𝜏 𝑅 1 𝑙𝑛 𝐶𝐴𝑜 𝑅𝐶𝐴𝑓 𝑅 1 𝐶𝐴𝑓 Reação de segunda ordem 2A Produtos com A 0 𝑘𝐶𝐴𝑜𝜏 𝑅 1 𝐶𝐴𝑜𝐶𝐴𝑜 𝐶𝐴𝑓 𝐶𝐴𝑜 𝑅𝐶𝐴𝑓 𝐶𝐴𝑓 9 Exemplo 1 Temos 90 de conversão de uma alimentação líquida n 1 Cao 10 molsL em nosso reator pistonado com reciclo R2 Se fecharmos a corrente de reciclo de quanto deverá aumentar a taxa de processamento de nossa alimentação para a mesma conversão de 90 10 Exemplo 2 Reações de hidrodealquilação têm um importante papel em muitos esquemas de processamento petroquímico comercial Como um exemplo deste tipo de reação nós consideraremos o seguinte Tolueno Hidrogênio Benzeno Metano A taxa da reação nas condições de interesse é 𝑟𝐴 𝑘𝐶𝐴𝐶𝐵 12 onde CA e CB são as concentrações de tolueno e hidrogênio respectivamente De dados da literatura é conhecido que a constante da taxa à1260 F e 800 psig de pressão total é 0316 ft32lbmol12seg Você tem disponível um pequeno reator de reciclo cujo fluxograma pode ser esquematicamente representado pelo diagrama a seguir 11 A vazão volumétrica da corrente de reciclo é muitas e muitas vezes aquela da alimentação nova Se usase uma razão molar de 34 hidrogênio para 1 de tolueno na alimentação nova que fração de tolueno é convertida para benzeno sobre as condições previamente especificadas O tempo de residência médio de um elemento de fluido é de 301 segundos Para obter um valor numérico para o problema devese usar ferramentas de cálculo numérico ou tentativa e erro 12 Exemplo 3 Uma reação a densidade constante é conduzida em um reator CSTR de volume V A reação é de primeira ordem e irreversível com uma constante da taxa igual a k A vazão volumétrica da alimentação é Q Sobre essas condições a conversão de A na corrente de produtos é xA Se metade da corrente que sai do reator é reciclada e a taxa de alimentação é reduzida para Q2 qual será a variação na conversão da corrente de produtos Qual será a variação na taxa de produção de produtos