Exercícios de Aplicação - Cálculo de Reatores I

Página 1 de 18 Nome da Discipina CÁLCULO DE REATORES I 9º A ENGQUÍMICA NOT Professor HERNANDES DE SOUZA BRANDÃO Data 260502062023 Assunto da aula ANÁLISE INDIV DE REAT HOM IDEAIS REATOR TUBULAR REATOR SEMICONTÍNUO email institucional hernandesbrandaoumcbr Cel opcional 11 99 161 8550 12ª e 13ª AULA Reator Tubular ou PFR exercícios de aplicação Associação de Reatores Tubulares EXERCÍCIOS DA 2ª LISTA continuação Exerc11 página 23 Seja a reação de 1ª ordem em fase gasosa A B com constante de velocidade igual a 25 h 1Sabendose que A é alimentado ao reator tubular de 6m de comprimento a velocidade linear de 001 ms e concentração de 10 moll calcule a concentração de saída de A Resp CA 6592 mol L Página 2 de 18 Exerc9 página 2223 Probl 512a pág 9596 do Levenspiel A reação homogênea em fase gasosa A 3 R segue uma cinética de segunda ordem Para uma velocidade de alimentação de 4 m³h de A puro a 5 atm e 350ºC um reator experimental que consiste num tubo de 25 cm de diâmetro por 2m de comprimento permite 60 de conversão da alimentação Uma instalação industrial deverá tratar 320 m³h de alimentação com 50 de A 50 de inertes a 25 atm e 350ºC para obter 80 de conversão Quantos tubos iguais ao citado serão necessários Resp 68 tubos Página 3 de 18 Exerc17 página 24 Levenspiel2000 A reação irreversível elementar em fase gasosa A B R S ocorre isotermicamente como segue Duas correntes líquidas de mesma vazão são introduzidas num tanque de mistura de 4 litros Uma das correntes contém 0020 mol de Alitro A outra 1400 mol de Blitro A mistura passa em seguida por um reator tubular de 16 litros Verificase que uma certa quantidade de R é formada no tanque de mistura na concentração de 0002 mollitro Assim o tanque de mistura está agindo como um reator de mistura Determinar a concentração de R na saída do reator tubular e a fração da quantidade inicial de A convertida no sistema Resp XA 0706 e CR 000706 Calculandose k Eq de Pág Reator de Mistura Página 5 de 18 Exerc 25 p26 Considere a combinação de reatores CSTR e PFR em série Neste sistema dáse uma reação autocatalítica do tipo A B C cuja taxa é rA k CA CB Alimentase o CSTR com 20 kmolm³ de A não havendo nem B nem C Ambos os reatores operam isotermicamente O volume de cada um deles é de 01 m³ O fluxo de alimentação é de 150 mols Se a conversão na saída do CSTR for 025 determine a composição na saída do PFR e calcule o rendimento global do sistema Para aumentar o seu rendimento qual seria o melhor esquema de combinação de reatores 95100201²150 lnλA21λA2 λA1 expkC²A0VTFA0 λA2 exp0520²10075 Página 8 de 18 23 REATORES SEMICONTÍNUOS OU SEMIDESCONTÍNUOS OU SEMIBATELADA OU SEMIBATCH REACTORS OU Fed Batch Reactor Reator de batelada alimentado Os reatores semidescontínuos ou semicontínuos são constituídos basicamente por um tanque com agitação podendo possuir ou não um sistema de transferência de calor e consequentemente são muito semelhantes aos reatores descontínuos ou contínuos com agitação Apenas o método de operação é que difere dado que pode haver variação de vazão de algumas ou de todas as espécies presentes no reator o que o distingue do reator descontinuo e também variação de composição da mistura reacional no tempo o que o distingue do reator contínuo É interessante notar que no arranque e na paragem das operações os reatores se comportam como sendo deste tipo AMNUNES DOS SANTOS 1990 Aplicase um balanço material total em regime transiente considerando o sistema como físico para determinação do volume de líquido dentro do reator em função do tempo com a vazão de alimentação ou saída para determinar o limite de alimentação ou retirada de produto Aplicase um balanço material em regime transiente para o reagente limitante A no sistema químico Fogler 2002 discute este assunto nas páginas 169 a 172 com resolução numérica de exercícios pelo POLYMATH Exerc 14 p24 AMNunes dos Santos 1990 Considere um Fed Batch Reactor contendo um volume V0 de inerte Adicionase reagente A puro de concentração CA0 à vazão v0 O reagente A sofre uma reação irreversível de 1ª ordem fase líquida Verifique que a variação de concentração de A em relação ao tempo é dada pela expressão 0 0 0 1 V t v e k F C t k A A Em que FA0 é a vazão molar de A à entrada Admita que não há variação do valor da massa específica durante o processo reacional A Produtos 1ª ordem fase líquida ρ constante Página 10 de 18 3 PROJETO DE REATORES HOMOGÊNEOS PARA REAÇÕES SIMPLES Página 11 de 18 REATORES TUBULARES COM RECICLO onde R razão de reciclo v3 vf Equação Geral de Projeto de Reator Tubular com Reciclo Af Af X X R R A A A A r dX R F V C 1 0 0 1 e Af Af A C R RC C A A A A r dC R F V C 1 0 0 0 1 Fase líquida e gasosa fase líquida 1ª ordem fase líquida A Produtos 2ª ordem fase líquida A Produtos Reator Tubular XA0 0 XA1 FA0 FA1 v2 R1vf XAf XA2 v3 R vf R 0 Reator Tubular R Reator de Mistura 1 1 1 1 1 1 0 R R X X R kC Af Af A 1 1 1 ln 1 R R X X R k Af Af Página 12 de 18 EXERCÍCIOS 1 Determine a conversão final da reação de 1ª ordem em fase líquida A P processada em dois reatores tubulares idênticos de 4 litros cada em série com alimentação de A puro no 1º reator a 40 molh e concentração de 03 molL a constante de velocidade é 10 h1 a Utilize equação de projeto para cada reator b Utilize equação de projeto para um reator equivalente ao sistema 2 Dado o sistema de reatores tubulares perguntase a O sistema está trabalhando em sua conversão máxima b Caso você responda negativamente o item anterior proponha uma forma de se atingir a máxima conversão e calculea Dados fase líquida k 012 h1 CA0 05 molL 3 MORAES Jr Deovaldo MORAES Marlene Silva LabOpUnitII 2012 p 293Dois reatores A e B ideais do tipo PFR operam em paralelo com vazão volumétrica total de 60 m³h O reator A tem um volume de 4 m³ e o B 8 m³ Para a conversão máxima as vazões dos reatores A e B são respectivamente a 30 e 60 m³h b 60 e 30 m³h c 40 e 20 m³h d 20 e 40 m³h e 40 e 40 m³h 4 Para reação elementar de segunda ordem em fase líquida 2 A 2 R obtemos uma conversão de 23 operando em um reator tubular isotérmico com razão de reciclo igual à unidade Qual será a conversão se fecharmos o reciclo 5 Um reator tubular de reciclo de volume 800 L processa uma reação de 1ª ordem em fase líquida A Produtos de velocidade específica igual a 06126 h1 Sabendose que A é alimentado puro ao reator à vazão de 200 Lh qual deverá ser a razão de reciclo para que se atinja uma conversão de 850 do reagente Resolução dos Exercícios Propostos Página 14 de 18 A Produtos 1ª ordem fase líquida k 012 L¹ BM para A no 3 reator sai entra consumo F₃ F₀ᵐ F₀₃X₃ F₃ F₀ᵐ 1 X₃ 4 BM para o ponto II entra sai Fₐₙ F₁ F₂ F₃ 5 BM para o sistema global sai entra consumo Fₐ F₀ FₐₓAₓF Fₐₓ F₀1 XₐₓF 6 Subst 21 3 4 e 6 em 5 F₀1 XₐₓF F₀1 Xₐ₁ F₀1 Xₐ₂ F₀1 Xₐ₃ F₀ FₐₓF F₀ FₐₓAₓF₁ F₀ FₐₓAₓF₂ F₀ FₐₓAₓF₃ F₀ FₐₓF F₀ F₁ F₂ F₀Xₐ₁ F₀Xₐ₂ F₀Xₐ₃ F₀ Conf 1 F₀XₐₓF F₀Xₐ₁ F₀Xₐ₂ F₀Xₐ₃ Xₐₓ F₀Xₐ₁ F₁Xₐ₂ F₂Xₐ₃ 7 Assim XₐₓF 100900 0960 300900 0800 500900 0500 XₐₓF 061 b Propor uma forma de se atingir a conversão máxima Xₐₓ e exequível Para isso devese calcular um novo valor para cada xₐf₀ onde F₀ F₁ F₀ G₁ G₂ G₃ Xₐ₁ Xₐ₂ Xₐ₃ XₐₓF Xₐₓmáx G₁ G₂ G₁ G₃ Logo G₁ G₂ V₁C₀F₀ V₂C₀F₀ Fₐᵐ V₂V₁F₀ F₀ᵐ 50461526 Fₐᵐ 527F₀ 8 G₁ G₃ V₁CₐF₀ V₃CₐF₀ Fₐᵐ V₃V₁F₀ Página 16 de 18 Página 17 de 18 Página 18 de 18 Atividade 9 para 09062023Resolver os exercícios 3 e 5 desta lista 4