Lista de Exercícios Resolvidos - Reatores Homogêneos e Combinação de Reatores

1 Universidade de Passo Fundo Curso de Engenharia Química CEQ 163 Reatores homogêneos LISTA 52 COMBINAÇÃO DE REATORES 1 Uma instalação industrial pretende hidrolisar continuamente uma solução aquosa de anidrido acético a 25ºC Nesta temperatura a cinética da reação é conhecida rA 0725 CA molminL onde CA é a concentração do anidrido acético em molsL Pretendese trabalhar com uma vazão volumétrica de alimentação de 5 Lmin e a concentração de entrada é de 15 molsL de anidrido O projetista está em dúvida de como montar o layout desta planta de hidrólise uma vez que existem disponíveis cinco reatores um de 15 L dois de 25 L um de 35 L e um de 5L com excelentes dispositivos de agitação Qual a conversão a ser obtida a partir dos seguintes esquemas de montagem c dois reatores de mistura de 15L e de 35 L em série d dois reatores de mistura de 35L e de 15 L em série 2 61 Levenspiel Uma corrente de reagente líquido CA0 1 molL passa por dois reatores de mistura perfeita em série A concentração de A na saída do primeiro reator é 05 molL Encontre a concentração na corrente de saída do segundo reator A reação é de segunda ordem com relação ao reagente A e V2V1 2 3 Determinada reação química A produtos tem a sua velocidade estudada cineticamente em função de várias concentrações molares e os resultados encontrados são conforme o gráfico abaixo 2 Com base nesses dados encontre a capacidade necessária e o tempo espacial para dois CSTR associados em série para obter uma conversão de 95 A alimentação é de 4 kmol de Ahora e CA0 050 molL 4 Exemplo 63 Levenspiel Na presença de uma enzima específica E que atua como um catalisador homogêneo um reagente orgânico contaminante A presente na água de rejeito industrial degradase em produtos inofensivos Para uma dada concentração de enzima CE testes em um reator de mistura perfeita escala de laboratório fornecem os seguintes resultados CA0 mmolm3 2 5 6 6 11 14 16 24 CA mmolm3 05 3 1 2 6 10 8 4 τ min 30 1 50 8 4 20 20 4 Desejamos tratar 01 m³min desta água residual tendo CA0 10 mmolsm3 até 90 de conversão com a enzima na concentração de CE a Uma possibilidade é usar um ou dois tanques agitados considereos ideais Qual projeto de dois tanques você recomendaria e quanto ele é melhor em relação ao arranjo com um tanque b Que arranjo de reatores pistonados e de mistura perfeita um de cada você usaria para minimizar o volume total de reatores necessários Esquematize o seu projeto recomendado e mostre a capacidade das unidades selecionadas 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1rA molLmin1 CA mmolm3 3 5 Através dos dados da tabela abaixo calcule os volumes V1 e V2 e o volume total requerido para os seguintes arranjos a 1 PFR em série com 1 CSTR b 1 CSTR em série com 1 PFR Considere que a conversão intermediária é de 50 a final deve ser 80 e a vazão molar é 0867 mols XA 0 01 02 025 04 05 06 065 07 08 rA molLs 00053 00052 0005 00047 0004 00033 00025 000209 00018 000125 6 28 Fogler O gráfico abaixo apresenta CA0rA versus XA para a decomposição de um reagente A em fase líquida em uma reação por etapas não elementar e não isotérmica Na figura a seguir são apresentados dois possíveis sistemas para o estudo desta reação química sendo um reator PFR e um reator CSTR estando ambos conectados em série A conversão de saída do primeiro reator é de 30 enquanto a conversão de saída do segundo reator é de 70 Qual destes dois arranjos propostos conduz ao menor volume total do conjunto de reatores Explique a sua resposta Lembrese que 𝜏 𝐶𝐴0 𝑟𝐴 𝑋𝐴 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1rA molLmin1 CA mmolm3 4 7 A taxa de uma reação química é dada por rA kCAn Se 90 de um reagente A é convertido para produtos e se existem dois reatores onde a capacidade de um deles é a metade do outro determine o aumento na capacidade de alimentação que resulta dos seguintes tipos de operação 1 n 05 2 reatores tubulares em série 2 n 1 dois reatores tubulares em série 3 n 3 dois reatores tubulares em série 4 n 05 dois reatores tubulares em paralelo 5 n 1 dois reatores tubulares em paralelo 6 n 3 dois reatores tubulares em paralelo Assuma que a conversão na saída do último reator permanece invariada em todos os casos e que nenhum A tenha sido convertido para produtos antes da entrada do primeiro reator Nas operações em série o reator menor precede o reator maior na sequência Repita o exercício para o caso de reatores CSTR 8 Ratchford e Fischer encontraram que metilacetoxipropionato decompõese sob aquecimento para ácido acético e metil acrilato segundo a reação CH3COOCHCH3COOCH3 CH3COOH CH2CHCOOCH3 A pirólise aproximase de uma reação irreversível de primeira ordem com a constante da taxa dada por 𝑘1 78 𝐸9 exp 38200 𝑅𝑇 𝑠𝑒𝑔1 Onde T é expresso em K R em calorias por mol por K Se um reator PFR é usado para conduzir a pirólise calcule o volume do tubo necessário para atingir 85 de conversão da matéria prima para produtos A matéria prima entra na temperatura de 81111C e uma pressão de 5 atm com vazão mássica de 1000 lbh Se 3 reatores CSTR de igual volume foram usados em série qual seria o volume necessário Nota Em ambos os casos assumese gases ideais e a temperatura constante