Trabalho Reatores

1 Considere a reação Elementar 2A g 2P g 3R g processada em um reator batelada adiabático 6 atm e 373 K Determine a Temperatura e o tempo para uma conversão 70 Dados CpA 20 KJkgK MA48 MB60 MC24 CpP15 KJkgK K2x105 exp 10300RT Cpr16 KJkgK ΔHR15x104 KJkgmol 2 A reação A B 2L g processada em um CSTR adiabático de 15 l alimentado com CA017M e CB040M numa Vo02 lmin O calor específico é de 27 calgK k33 x 109 exp 20000RT em lmolmin e ΔH20000 calmol a Determine a conversão e Temperatura de saída quando To290K b Se Vo for 10 vezes menor determine T e X para To290K c Se To323K CA065M determine T e X A densidade da mistura reacional PROJETO DE REATORES QUÍMICOS I ENGENHARIA QUÍMICA Karina Arruda Almeida Nome Número Nome Número Nome Número Nome Número Nome Número Trabalho 10 pontos Data de entrega 01072024 Questão 1 25 pontos O reagente A se decompõe por três reações simultâneas formando três produtos o produto desejado D e dois subprodutos U e I As três reações ocorrem em fase gasosa de acordo com as seguintes equações das velocidades A D 𝑟𝐷 00012𝑒26000 1 3001 𝑇 𝐶𝐴 A U 𝑟𝑈 00018𝑒25500 1 3001 𝑇 𝐶𝐴 15 A I 𝑟𝐼 000452𝑒5000 1 3001 𝑇 𝐶𝐴 05 a Para uma concentração de CA 10 M e uma temperatura de 127C a formação de I é significativa quando comparada com aquelas de D e U Por que b A concentração inicial de A deverá ser alta ou baixa para favorecer a seletividade em D c Qual temperatura favorecerá a seletividade do produto desejado 50C ou 100C d Entre um reator CSTR e um PFR ambos com uma única corrente de alimentação qual deverá ser escolhido para efetuar a reação Por que e A reação processada num reator PFR simples seria conveniente a adição de um inerte na corrente de alimentação Por que Questão 2 Para reações D k1 rD CACB03 gmollmin A B I k2 rI CA05CB18 gmollmin Determine fração de indesejados na corrente de produto para uma conversão de 90 de A e B puros para uma alimentação com concentrações inicias de A e B de 100 molar a Num PFR ideal b Num CSTR ideal c Num PFR com alimentação distribuída ao longo do reator para obter um melhor contato Proponha o esquema do contato d Foi sugerido alimentar o reator com grande excesso do reagente A para diminuir a formação de indesejado Operando com reator CSTR determine a fração de indesejado para uma alimentação com concentração inicial de A igual a 99 gmollmin e de B igual a 01 gmollmin Comente o resultado e Para as condições de processos dos itens a b e d determine o volume do reator necessário para processar 100 gmol de Bmin PROJETO DE REATORES QUÍMICOS I ENGENHARIA QUÍMICA Karina Arruda Almeida Questão 3 25 pontos As reações em fase líquida 𝐴 𝑘1 𝐷 𝑘2 𝐼 ocorrem num sistema de reatores constituído de um CSTR seguido de um PFR ambos de 200 litros As duas reações são irreversíveis de primeira ordem com k1 k2 05 min1 O CSTR é alimentado com o reagente A puro a uma concentração de 20 gmoll e vazão molar de 200 gmolmin Sendo D o produto desejado responda a Quais as concentrações de A D e I na corrente de saída do PFR b A taxa de produção de D aumenta invertendo a ordem dos reatores Qual seria a concentração de A na saída do CSTR Questão 4 25 pontos As reações de primeira ordem abaixo são processadas num reator CSTR isotérmico sendo B o produto desejado A B 1 A C 2 Os valores das constantes cinética da reação 1 direta e inversa são 100 min1 e 10 min1 respectivamente A constante cinética da reação 2 é igual a 10 min1 O reator é alimentado somente com reagente A e opera com tempo espacial de 010 min a Calcule a conversão de A b A seletividade BA c O rendimento BA d Ignorando a reação 2 e considerando o tempo espacial muito grande qual será o rendimento máximo de B 1 ΔT ΔHB x ΣCpi mi k 2105 e10300RT t 1k ln 11x x07 ΣCpimi 48 gmol 20 Jgk 6015 2416 2244 Jmol K ΔT T To T 373 15104 Jmol 07 2244 Jmol k T37768 k t 1 2105 e10300831441373 137768 ln 1107 627106 min 2 a T To ΔH k CA0 1Xa CB0 CA0 Xa V Vo Cp T 290 20000 33 109 e200001987 1290 1T 17 1 Xa 40 17 Xa 115 02 27 b T 290 20000 33 109 e200001987 1290 1T 17 1 Xa 40 17 Xa 115 002 27 c T 323 20000 33 109 e200001987 1290 1T 65 1 Xa 40 65 Xa 115 02 27 4 A B rA 100CA 10CB A C rA 10CA τ 10 min a V CA0v0 XA1XA τ CA0 XArA CA0 XA10CA 10CB CA0 XA110CA01XA 10C01XA 10 XA1101XA 10XA 10 XA110 120XA XA 091611 b S BA rBrA 10CB 100CA10CA 10CB 10C0XA0 100C01 XA110CA01 XA 10C0XA S BA 100916 1001 09161101 0916 100916 95 c Y BA rBrA1 9511 d τ CA0 XA100CA 10CB CA0 XA100CA01XA 10CA0 XA XA100 110 XA 100 τ 110 XA τ XA 100 τ XA 1 110 τ XA 100 τ1 110 τ lim XA lim 100 τ3 τ 3 1 a rD 001c12e260001300 1400 rV 001ce185001300 14c00 11 30 8244276 15 3 048107261 rI 0c01c152e50001300 1400 05 02915 Dados as velocidades calculadas mostrase que rDrI portanto formação de I é insignificante b Concentrações altas favorecem o produto cujo ordem de reação seja maior então para favorecer D devese manter uma concentração inicial de A em um nível intermediário altos favorecem V e baixa favorecem I c T1 50C 323k rD 0575 rDv 05750765 0752 rV 0765 T2 100C 473k rD 71010 S2 DV 710105711010 123 100C a seletividade é maior rV 5711010 d Um CSTR de grande dimensões pois a concentra ção de A diminuirá logo de início favorecendo D sobre V e Sim para manter CA mais baixa e favorecer D sobre V 2 1 A B D rD CACB 03 CA0 1 XA CB0 03 1 XB 03 1013 1 09 12 A B I rI CA 05 CB 0418 CA 05 1 XA 05 CB 018 1 XB 18 10 23 1 09 2 03 rD 1 mol min rI 1 mdllmin rA rD rI CA0 13 1 XA 13 CA0 23 1 XA 23 a fI rIrD rI 10 23 1 09 23 10 23 1 09 23 10 13 1 09 13 11 1 12 b Mesmo cálculo do item anterior c Nesse caso o valor de CB é constante não se altera fI rIrD rI CA0 05 1 XA 05 CB 18CA 05 1 XA 05 CB 118 CA0 1 XA CB03 10 05 1 09 05 18 CB 10 05 1 09 CB 03 fI CB 18 CB 18 CB 03 d fI CA0 05 1 XA 05 CB 05 1 XB 18 CA0 05 1 XA 05 CB0 118 CA0 1 XA CB0 03 fI q 105 1 09 05 01 18 1 09 10 q 05 1 09 05 118 1 0910 q 01 1 09 03 1 09 03 q 10 103 1 e FBO 100 molmin a V FBO dxB1rB FBO dxBCB0 13 1 XB 13 CB0 23 1 XB 23 100 dxB 10 13 1 XB 13 10 23 1 XB 23 471497 L1 b V FBO XB1rB 10009 10 13 109 13 10 23 109 23 45 L1 c Mesmo cálculo do a in d V 100 09 q 05 1 09 05 01 10918 q 01 1 09 01 03 1 09 03 36155 L1 3 a Como k1 k2 a taxa de produção de D é igual à taxa de consumo logo rD k1 CA k2 CD 0 CD20 rI k2 CD k1 CA k1 CA0 1 XA CSTR V1 FA0 XA1rA FA0 XA1k1 CA0 1 XA1 7 200 200 XA10521 XA1 XA1 05 CI1 CA0 XA1 2 05 1 mdLL CA1 CA0 1 XA 2 1 05 1 mdLL PFR V FA0 dXA 1 rA 7 200 dxA052 1 XA 05 XA XA2 200 200 ln1XA 05 05 CA0 CA0 1 XA2 2 1 0816 0368 molL1 CI2 CA0 XA2 2 0816 1632 mosLL1 Digitalizado com CamScanner b A taxa de produção de D não muda porque as taxas de consumo e produção de D não iguais PFR V 0xA1 xA FA0 d xA 1xA 7 200 200 0xA1 d xA 052 1xA 200 200 ln1XA1xA10 ln1 ln1xA1 0 xA1 0632 FA1 FA0 1xA1 FA1 200 10632 CSTR V FA6 xA2xA1 05 CA0 1xA2 200 xA20632 052 1xA2 200 xA2 0816 CA2 CA0 1xA2 CA2 2 1 0816 0368 molL