Atividade Avaliativa 2

Pontifícia Universidade Católica de Campinas Escola Politécnica Disciplina Modelagem Simulação e Otimização de Processos Profa Dra Priscilla Cibelle O de Souza Firmino 2ª Prova Data de liberação 17042024 Data de entrega 25042024 Orientações Prova em grupo no máximo 4 aluno Duração de 1 semana Prazo adicional implica em redução da pontuação total Toda a resolução deverá ser acrescida da descrição dos passos tomados e explicações que se julgue necessários A ausência de esclarecimentos inviabiliza pontuações em casos de eventuais erros simples Contextualização Os reatores químicos podem ser compreendidos basicamente como os recipientes ou vasos projetados para que ocorram neles as reações químicas Devido à complexidade da conversão de reagentes em produtos projetar este tipo de equipamentos tornase uma das tarefas mais árduas para o Engenheiro Químico Problematização Diante desse contexto o grupo deverá escolher um reator CSTR ou em Batelada disponível na literatura e resolvêlo utilizando os métodos de Runge Kutta de 4a Ordem e Euler de 2ª ordem no Excel A solução apresentada deverá ser do tipo transiente para ambos os métodos A mesma deverá conter valores de concentrações temperatura e outras variáveis que se façam necessárias desde o tempo inicial até o tempo necessário para que o reator atinja o estado estacionário OBSERVAÇÃO O caso escolhido deve ser de literatura disponível e acessível e uma cópia do exercício original deve ser anexada ao trabalho Algumas bibliografias foram deixadas como sugestão no fim deste documento É TERMINANTEMENTE PROIBIDO O USO DE EXERCÍCIOS RESOLVIDOS ASSIM COMO REPETIÇÃO DOS EXERCÍCIOS ENTRE OS GRUPOS Avaliação Entrega solicitada I Um documento em Word contendo a Identificação dos componentes do grupo nome completo e RAs b O caso a ser estudado citando sua fonte completa Este caso é de livre escolha do grupo e deve abranger um reator CSTR ou Batelada c Desenvolvimento do modelo matemático completo d Explicação de todas as simplificações e hipóteses levadas em consideração e Na descrição deve constar todas as propriedades físicoquímicas necessárias para a solução completa do problema incluindo as fontes utilizada para aquisição de informações f Descrição da cinética incluindo análise de ordem balanço estequiométrico e constantes utilizadas g Descritivo da metodologia passoapasso utilizada para solucionar o problema no Excel h Solução final vazões temperaturas e composições i Apresentação dos gráficos comparativos entre os métodos e análise dos resultados obtidos II Um documento Excel contendo os cálculos realizado Os cálculos deverão ser realizados através do Método de RungeKutta de 4a Ordem e Euler de 2ª ordem conforme estudado na disciplina de Modelagem Simulação e Otimização de Processos Não serão aceitos outros métodos de solução Cada grupo deverá enviar na tarefa no CANVAS contendo o documento e o Excel até impreterivelmente o dia 25042024 às 2359 IMPORTANTE Entregas com atraso serão permitidas Porém para cada dia de atraso haverá um decréscimo de 20 pontos Logo por exemplo para quem enviar dia 2604 às 00h01min a nota máxima possível de ser obtida é de 80 pontos Bibliografia básica Fogler HS Elements of Chemical Reaction Engineering 2nd Ed PrenticeHall New Jersey 1992 Froment GF Bischoff KB Chemical Reactor Analysis and Design Wiley New York 1979 Hill CG An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design Wiley New York 1977 Levenspiel O Engenharia das Reações Químicas Edgard Bluncher São Paulo 1974 Informações Complementares 1 Não será aceito Excel sem a resolução numérica ou somente com números sendo portanto atribuída nota zero para aqueles que assim procederem Lembremse O método é mais importante que o número O número correto é consequência de uma metodologia correta 2 É responsabilidade do grupo se fazer entender tanto no descritivo como na planilha enviada 3 Os exercícios não podem ser exemplos resolvidos na literatura Aqueles que reutilizarem exercícios resolvidos eou não referenciarem corretamente as fontes utilizadas terão atribuídos nota zero a sua atividade Será obrigatória a referência completa e acessível 4 Durante o período de resolução desta avaliação a Profa Priscilla não irá retirar dúvidas em relação ao conteúdo teóricometodologia envolvidos 88 In a batch reactor with a volume V 5 m3 an exothermic reaction A P is carried out in the liquid phase The rate equation is rA kCa with k 4 x 106 exp7900T s1 The initial temperature T0 of the reaction mixture is 20C and the maximum allowable reaction temperature is 95C The reactor contains a heat exchanger with area Ak 33 m2 and it can be operated with steam Tr 120C U 1360 Wm3C or with cooling water Tr 15C U 1180 Wm2C The times required for filling and emptying the reactor are 10 and 15 min respectively Other physicochemical data are ΔH 1670 kJ kg ρcp 42 x 106 Jm3 C MA 100 kg kmol CA0 1 kmol m3 The desired conversion is xAf 09 and the batch reaction and complete reaction cycle times along the steam and water consumption rates are to be determined for the following policies of operation a Preheat to 55C let the reaction proceed adiabatically start cooling when either T 95C or xA 09 occurs and cool down to 45C b Heat to 95C let the reaction proceed isothermally until xA 09 occurs cool down to 45C See H Kramers and KR Westerterp Elements of Chemical Reactor Design and Operation Academic Press New York 1963