Análise Individual de Reatores Homogêneos Ideais - Exercícios

Página 1 de 12 Nome da Discipina CÁLCULO DE REATORES I 9º A ENGQUÍMICA NOT Professor HERNANDES DE SOUZA BRANDÃO Data 140423 050523 Assunto da aula ANÁLISE INDIV DE REAT HOMOG IDEAIS R CONTÍNUOS email institucional hernandesbrandaoumcbr Cel opcional 11 99 161 8550 8ª E 9ª AULA Análise Individual de Reatores Homogêneos Ideais Reatores Contínuos Reator de Mistura Exerc3 pág 21 Um reator de mistura será alimentado por uma solução gasosa contendo 80 mol de A e o restante de R com uma vazão volumétrica de 5000 Lh da solução medidos nas CNTP O processo será isotérmico e desejase na saída do reator 2 mol de A 5 mol de R A reação A ½ R é de 2ª ordem e as condições de operação serão 60ºC e pressão de 35 atm Que volume terá o reator se a constante de velocidade nas condições de operação for igual a 135 L mol1 h1 2 Cálculo de Xₐ₁ BC Fₐ₁ Fᵣ₁ 100 molh Fₐ₁ 80 molh Fᵣ₁ 20 molh BM para A no reactor hipotético sai entrar consumo Fₐ₁ Fₐ₀ Fₐ₁ Fₐ₁ Fₐ₀ 1 Xₐ₁ Fₐ₁ Fₐ₀ 1 Xₐ₁ 80 Fₐ₀ 1 Xₐ₁ 5 BM para R no reactor hipotético sai entrar produzido Fᵣ₁ Fᵣ₀ Fₚᵣₑ Fᵣ₁ 12 Fₐ₀ Fᵣ₁ 12 Fₐ₀ Xₐ₁ 20 12 Fₐ₀ Xₐ₁ Fₐ₀ 40Xₐ₁ 6 Subst 6 em 5 80 40 1 Xₐ₁ 80 40Xₐ₁ Xₐ₁ 13 Cálculo de Xₐ₂ BC F₂ₐ Fᵣ₂ 7 molh F₂ₐ 2 molh Fᵣ₂ 5 molh BM para A no sistema global sai entrar comum Fᵣ₂ Fₐ₀ Fₐ₂ F₂ₐ Fₐ₀ Fₐ₂ 7 BM para R no sistema global sai entrar produzido Fᵣ₂ Fᵣ₀ Fₚᵣₑ Fᵣ₂ 12 Fₐ₀ Xₐ₂ 5 12 Fₐ₀ Xₐ₂ Fₐ₀ 10Xₐ₂ 8 Subst 8 em 7 2 10 1 Xₐ₂ 2 10Xₐ₂ Xₐ₂ 56 Página 2 de 12 Página 3 de 12 Página 4 de 12 Exer28 pág26 Levenspiel 1974 A reação em fase gasosa A B 2 P tem as seguintes constantes de velocidade a 327ºC k1 500 m³ kmol h e k2 0032 h1 Se um reator de mistura for alimentado com 600 m³h de gás contendo 30 de A 60 de B e 10 de inertes em volume a 327ºC e 15 atm determinar a a conversão no equilíbrio Resp 0986 b o volume do reator necessário para que se tenham 60 da conversão de equilíbrio Resp 137 m³ Cₚ 2 Cₐₒ₁ Cₚ 2 Cₐₒ Xₐ Subst 4 3 e 2 em 1 rₐ k₁ Cₐₒ 1 Xₐ Cₐₒ M Xₐ k₂ 2 k₂ Cₐₒ Xₐ¹ rₐ k₁ Cₐₒ² 1 Xₐ M Xₐ 2 k₂ Cₐₒ Xₐ 5 No equilíbrio rₐ Cₐₒ dXₐdt dCₐdt 0 Xₐ Xₐₑ Logo em 5 nas condições de equilíbrio 0 k₁ Cₐₒ² 1Xₐₑ M Xₐₑ 2 k₂ Cₐₒ Xₐₑ Cₐₒ 0 k₁ Cₐₒ 1Xₐₑ M Xₐₑ 2 k₂ Xₐₑ Sendo que Cₐₒ yₐₒ PRT 030 145 00821600 913510³ molL Cₐₒ 913510³ kmolm³ M yₐₒ PRT 060030 2 0 500 913510³ 1 Xₐₑ 2 Xₐₑ 2 0032 Xₐₑ Xₐₑ 0986 6 b V eq projeto Reactor de Mistura 2ª ordem 1ª ordem em Xₐ f eq A B 2 P Página 5 de 12 Página 6 de 12 Exerc 4 pág22 Probl 621 pág 132 do Levenspiel Uma instalação comercial produz 40 kmol de R h pela hidrólise em um reator de mistura de uma alimentação contendo 1 kmolm³ do reagente A Sendo a água utilizada em grande excesso a reação pode ser considerada de primeira ordem ou A R mesmo sendo bimolecular O efluente do reator passa por uma coluna de extração em contracorrente onde se extrai R quantitativamente 2 de A não reagem durante a passagem pelo sistema O custo fixo e o de operação para esse processo são de 2000h o custo do reagente 100kmol e R pode ser vendido a 132kmol Acreditase que a fábrica não esteja trabalhando nas condições ótimas As operações deverão ser estudadas com o objetivo de otimizálas a Qual o lucro horário atual Resp a 802 h b Como deveremos operar a instalação velocidade de alimentação de A conversão de A velocidade de produção de R para maximizar os lucros Nessas condições qual será o lucro horário Resp b 2420 h XA 087 FA0 299 kmolh FR 260 kmolh Observação todo R produzido pode ser vendido O equipamento de separação é flexível de modo a permitir grandes variações de capacidade Página 7 de 12 Lmax Em 4 L Qᵣ Fᵣ Qᵣ Qₐ FᵣXₐ L LFᵣ Fᵣ Fᵣ Xₐ L LXₐ Pela eq projeto de reactor de mistura G V Fₐ₀ ΔXₐrₐ ΔXₐ Xₐ Xₐ⁰ Xₐ rₐ k₁ Cₐₒ 1 Xₐ V Fₐ₀ Xₐ A k Cₐₒ 1 Xₐ Fᵣ V k Cₐₒ 1 Xₐ Fᵣ Subst 5 em 4 L Qᵣ Vk 1 Xₐ Qᵣ Qₐ Vk 1 Xₐ Xₐ 6 L₀ L LXₐ Graficamente LXₐ dLdXₐ 0 ponto máximo Página 8 de 12 Condições para lucro máximo dLdXA 0 7 Subst 6 em 7 ddXA QR Vk1XA QF QAVk1XAXA 0 ddXA QR Vk QR Vk XA QF QA VkXA QAvk 0 dQRVkdXA dQR VkXAdXA dQFdXA dQAVkXAdXA dQAVk X1dXA 0 QR Vk 1QA VkXA² 0 QR Vk QA VkXA² 0 QA VkXA² QRVk XA² QAQR XA QAQR XA 100132 XA 087 Página 10 de 12 ATIVIDADE 6 PARA 19052023 Resolver dos Apontamentos de Cálculo de Reatores os exercícios sobre reator de mistura 2ª lista 21 22 Resp V 1008 L e 35 Segue o gabarito do exercício 21 extraído do livro do MARTIN SCHMAL da nossa bibliografia básica para a sua apreciação Note que o autor já parte da hipótese de que a reação é de 2ª ordem Então minha sugestão é que vocês determinem a ordem previamente através de procedimentos usados em aula Exemplo 48 Uma reação irreversível A 2R se dá em fase líquida num reator CSTR de cinco litros Introduzse 1 gmolℓ de A Foram feitas várias medidas em diferentes temperaturas conforme a tabela abaixo vo ℓmin T C conc R gmolℓ 012 13 18 090 13 15 090 84 18 Determine a conversão de A para uma vazão de 05 ℓmin a 50ºC Solução Sendo a reação de segunda ordem partese da Eq 421 com M 1 τCSTR XAkCA₀1XA² a V dτe Com α CR CR₀a CA₀ CA vem CR CA₀ CA2CA₀ XA e τ Vvo 5vo Substituindose os valores da tabela nas Eqs b c e a obtémse k a 130ºC τ 416 min k1 09 416 x 1 1 09² 2163 gmolesmin a 130ºC τ 555 k1 075 555 x 1 1 075² 2160 gmolesmin Verificase que a reação é de segunda ordem Logo a 840ºC τ 555 k2 09 555 x 1 1 09² 1621 gmolesmin Energia de ativação ℓn k1k2 198 ℓn 21631621 57349 cal