Análise Individual de Reatores Homogêneos Ideais: Reator Descontínuo

Página 1 de 15 Nome da Discipina CÁLCULO DE REATORES I 9º A ENGQUÍMICA NOT Professor HERNANDES DE SOUZA BRANDÃO Data 15032023 Assunto da aula ANÁLISE INDIV DE REAT HOMOG IDEAIS REATOR DESCONTÍNUO CONTIN email institucional hernandesbrandaoumcbr Cel opcional 11 99 161 8550 5ª AULA Análise Individual de Reatores Homogêneos Ideais Reator Descontínuo ou de Batelada exercícios de aplicação de equação de projeto e determinação do volume do reator continuação EQUAÇÕES DE PROJETO DE REATORES DESCONTÍNUOS ISOTÉRMICOS E ISÓBARICOS DESENVOLVIDAS PARA REAÇÕES HOMOGÊNEAS IRREVERSÍVEIS 1 Reações de ordem zero A P fase líquida k t C C A A 0 EQ 1 ou k t X C A A 0 EQ 2 fase gasosa k t X C A A A A 1 0 ln EQ 3 2 Reações de 1ª ordem A P fase líquida k t C C A A 0 ln EQ 4 ou X A k t ln1 EQ 5 fase gasosa k t C C A A 0 ln EQ 6 ou X A k t ln1 EQ7 3 Reações de 2ª ordem 2 A P ou A B P com CA0 CB0 fase líquida k t C C A A 0 1 1 EQ 8 ou t k C X X A A A 0 1 EQ9 fase gasosa t k C X X X A A A A A A 0 ln 1 1 1 EQ 10 A B P com CA0 CB0 fase líquida k t M C X M X M A A A 1 1 ln 0 com M CB0 CA0 1 EQ11 ou k t C C C C C C A B A B A B ln 0 0 0 0 EQ 12 fase gasosa a deduzir A 2 B P Página 2 de 15 fase líquida t k M C X M X M C C C C A A A A B A B 2 1 2 ln ln 0 0 0 M CB0 CA0 2 EQ 13 e ainda os reagentes em proporção estequiométrica a forma integrada é kt X X C C C A A A A A 2 1 1 1 1 0 0 M CB0 CA0 2 EQ 14 2A B P fase líquida t k M C X M X M A A A 50 1 50 ln 0 M CB0 CA0 05 EQ 15 Exercícios da 1ª lista de Apontamentos de Cálculo de Reatores Dados HAc ButOH AcBut H2O fhq θ100C Alim 1 mol 5 mol A B exceto rA kCA² pseudo 2ª ordem k 174 mLmol¹min¹ a tr XA 050 b V Reactor Descontinuo mE 1100 kgdia tm 20 min MA60 kgkmol MB74 kgkmol ME116 kgkmol Pm 750 kgm³ c mA0 mB0 mE mW kg em 1 sol batelada comp molar de mit alf do setor d aumento ou diminuição tir tr2 e XA 035 Resolvuito Reação A B E W rA kCA² CA0 BC nA0 100 kmolh e nB0 500 kmolh Pm nA0 nB0 Pm nA0MA nB0MB V₀ kgh 750 10060 50074V₀ V₀ 57333 m³h CA0 nA0V₀ 10057333 1744 kmolm³ 1744 molL Página 5 de 15 d tbat tm tr tm tr2 20 332 365 min XA 035 1A 1 60kg 1116kg mE 2833 kg mEtbat 2833 kg365 min 0776 kgmin 111744 kgdia Aumento 11174411001100100 159 Det RLA e REB BC 100 kg de ácido e 100 kg de álcool alimentado Pela lei de Arrhen Sido total nmáx 100kg 0667 kmol 1 1150 Alcool nmáx 100 246 41087 kmol A 2B E 2W Det CA0 e CB0 BC mA0 mB0 100 kgh Pm mA0 mB0 1250 100 100 V0 0160 m3h CA0 mA0 MmV0 CA0 4167 kmolm3 4167 molL CB0 mB0 MBV0 CB0 13587 kmolm3 13587 molL M CB0 CA0 13587 4167 3261 Det de k3 T3 348K k2k4 exp Ea R 1T1 1T2 002267 00180 k2k4 exp Ea R 1313 1348 Ea R 42752K k3 exp 42752 1328 1348 k3 005846 L mol1 h1 a tr lnM 2XA M1 XA CA0 k t M CB0 CA0 ln 3261 2950 3261 1 090 4167 3261 21 005846 tr tr 30 h Página 9 de 15 b V N 1 1 1 1 tmtr 0530 N 02857 bath mE 1400 kgsemanas 8333 kgh A E mA0 CB0 150 kg 20 kg 8333 kgh G mA0 mB0 7585 7585 G 1517 V G ρmN 1250 02857 V 00425 m3h V 425 Lbat c mA0 mB0 e mE mA0 mA0 7585 mA0 3 mA0 26548 kg mE mE 8333 mE 3 mE 29166 kg H2PartA 2 EtOHB PartEt2E 2H2Ol Mkgkmol 150 46 206 18 Alimentação 1 kmol 1 kmol Det RLA e REB BC 100 kmol ácido e 100 kmol álcool alimentados Lei de Arrhen Nkcorr Nálccorr Náctipo Ngasprod 1 1 2 Náguaprod 1 2 H2Tart Nmáx 100 kmol 100 kmol maior EtOH Nmáx 100 kmol 50 kmol menor RLA EtOH e REB H2Tart A reação fica 2A B E 2W Det CA0 e CB0 BC mA0 mB0 100 kmolh Pm mA0 mB0 V0 Pm mA0 MA mB0 MB V0 10046 100150 V0 1766 m3h CA0 CB0 mA0 V0 100 1766 5663 kmolm3 5663 molL Det k3 em T3 338K k2k1 exp Ea R 1T1 1T2 9211 1480 exp Ea R 1303 1323 Ea R 894697 k k3 exp Ea R 1T2 1T3 k39211 exp 894697 1323 338 k3 314900 L mol 1 h 1 a tr Eq 14 ln M05XA CAO M05kt M CBO CAO 12 sendo M CBO 5663 M 1 5663 ln 105060 5663 105 314900 tr tr 000628 h or 225 min b N N 1 1 N 19752 bath 𝑚𝑒 4200 kg 1 sem 7 dias 25 kgh 2A E 246kg 206kg 𝑚𝑎𝑑 186kgh 𝑚𝑏𝑜 960 25 kgh 𝑚𝑎𝑑 186 𝑚𝑏𝑜 𝑚𝑎𝑑 186 46 𝑚𝑏𝑜 𝑚𝑏𝑜 607 kgh G 𝑚𝑎𝑑 𝑚𝑏𝑜 186 607 G 793 kgh V G𝜌m N V 793 111019752 V 00362 m³bat or 3621 Lbat c Comp Média Percentual da Mistura referente do reator BC 𝑚𝑎𝑑 𝑚𝑏𝑜 100 kmol 𝑚𝑎𝑑 10046 4600 kg 𝑚𝑏𝑜 100150 15000 kg 𝑚𝑎𝑛 𝑚𝑎𝑑𝑋𝑎 4600960 2760 kg H2TAT B 2 ETOH A Tant E2 E 24H2O W in kg 150 246 206 218 saída 15000 4600 0 4500 2760 6180 1080 nai 10500 1840 6180 1080 P 536 94 345 55 1000 Página 12 de 15 EXERCÍCIO EXTRA 3 Verificouse que a reação em meio aquoso CH2 OH CH2 Cl NaHCO3 CH2 OHCH2OH NaCl CO2 etilenocloridrina bicarbonato etilenogllicol cloreto dióxido de sódio de sódio de carbono M 805 gmol M 84 gmol M 62 gmol M 585 gmol M 44 gmol é elementar com k 0464 L mol h a 25ºC Com base nessas informações desejamos construir uma instalação piloto que permita verificar a possibilidade de se produzir etilenoglicol a partir de uma solução aquosa de bicarbonato de sódio e uma solução aquosa de etilenocloridrina a Determine o tempo de reação para se atingir 75 de conversão do reagente limitante a 25C usando 20 kmol de etilenocloridrina puro para 30 kmol de bicarbonato de sódio puro para 200 kmol de água pura inerte H2O M 18 gmol b Qual o volume de um reator descontínuo para a produção de 840 kg dia de etilenoglicol puro Admitir a temperatura de trabalho de 25ºC em que a massa específica da mistura reagente é igual a 1050 kgm³ e tempo morto igual a 15 minutos Resolução 1 EC 1 NaHCO3 EG NaCl CO2 H2O 25C mín 20 kmol 30 kmol razão elementar k 0464 Lmolh 25C 2º ordem a tr b V Reator Destilatório 𝑚𝐸𝐺 840 kgdia 𝜌m 1050 kgm³ tm 15 min 025 h Determinação do RL𝑎 RE𝑏 Lei de Provt 𝑛𝐸𝐶𝐶 𝑛𝑎𝑡𝑡𝑐𝑖𝑛 𝑛𝐸𝑆𝑖𝑛 𝑛𝑐𝑎𝑡𝑡 𝑛𝑐𝑑𝑑 𝑛𝑖𝑡𝑡 EC 𝑛𝐸𝐶 20 kmol 20 kmol min NaHCO3 𝑛𝑎𝑡𝑡𝐼𝑐 30 kmol 30 kmol RL A EC e RE B NaHCO3 Logo A B EG NaCl CO2 W Determinação de C𝐴𝑂 e C𝐵𝑂 BC 𝑛𝐴𝑂 20 kmolh 𝑛𝐵𝑂 30 kmolh 𝑛𝑤 200 kmolh 𝜌m 𝑛𝐴 𝑛𝐵 𝑛𝑤 𝑉0 𝜌m 𝐴𝐵𝑎 𝑛𝐵𝑎 𝑛𝑤 𝑉0 1050 208053008420018 𝑉0 07362 m³h C𝐴𝑜 𝑛𝐴𝑂 𝑉0 20 07362 C𝐵𝑂 𝑛𝐵𝑂 𝑉0 30 07362 a tr equação de projeto Reator Destilatório 2ºordem f líquido em X𝐴 A B Produto C𝐴 C𝐵 Página 14 de 15 COMO ATIVIDADE 4 PARA ENTREGAR 22032022 NO TAREFAS DO TEAMS FAZER O EXERCÍCIO ABAIXO O ácido oxálico ácido etanodióico reage cataliticamente com propan2ol álcool isopropílico em fase líquida a 90C segundo a reação HOOCCOOH 2 C3H7OH C3 H7OOCCOOC3H7 2 H2O ácido oxálico propan2ol oxalato de diisopropila água M kgkmol 90 60 174 18 Página 15 de 15 A reação é de 2ª ordem 1ª ordem no ácido e 1ª ordem no álcool a densidade da mistura reagente é de 1245 kgm³ Sabendose que o ácido e o álcool são alimentados na razão mássica de 3 2 respectivamente num reator de batelada e que a constante de velocidade vale 0002654 L mol1 h1 a 40C e 001652 L mol1 h1 a 60C determine a O tempo de reação para uma conversão do reagente limitante igual a 80 a 90C b O volume do reator de batelada para produzir 5040 kgsemana de oxalato de diisopropila Sabese que o tempo morto é de 24 minutos c A composição mássica percentual da mistura efluente do reator após a reação d A porcentagem de aumento ou diminuição da produção semanal de oxalato de diisopropila se o tempo de reação for reduzido à metade e consequentemente a conversão do reagente a 50 Respostas a t 151 h b V 992 Lbat c Composição mássica 360 ácido oxálico 80 propan2ol 464 éster 96 água d 333 de aumento da produção semanal