Reatores 1

1 Considere a reacão quimica elementar A B em fase liquida realizada num BSTR Qual o volume do reator para se produzir 1ton de B em 7000h de operacao isotérmica 163C E de operação adiabatica A capacidade calorifica de A igual de B é 05calgC a massa especifica 09gcm³ e o peso molecular 250kgkmol A constante de reação 163C é 08h 1 A energia de ativação é 2895kcalmol e o calor de reacdo 83calg Os tempos para preencher e drenar o reator são respectivos 10 e 12min Uma reação desprezivel ocorre por 14min requeridos para aquecer a alimentação da temperatura de entrada até 163C Após 97 de conversão de A a mistura do produto quente é descarregada num tanque de resfriamento 2 Considere os dados da questao 1 e o uso dum CSTR isotérmico 163C com alimentação pura 20C Qual o volume do reator e o requisito de transferéncia de calor Sendo a reação realizada em condicões operacionais adiabaticas quanto de B é possivel produzir de 1tonano de A usando um CSTR de 36L A alimentacao esta a 20C 3 Considere a reação quimica elementar A B C em fase gas realizada num PFR Sendo mistura equimolar alimentada a 450C latm quais os tempos espaciais para converter 10 de A em C operando isotérmica e adiabaticamente k 1075exp 27500RTLmols Dados Cpa 368calmolK Cpb 202calmolK Cpc 595calmolK ΔHe 30kcalmol Questão 1 Etapa 1 Cálculo da Vazão Molar de A A produção total é mB1ton em t op7000h A Vazão Mássica de B produzida mB 1ton 7000h 1000kg 1ton mB0142857kgh B Vazão Molar de B produzida A vazão molar de B é calculada usando o peso molecular N B mB PM N B0142857kgh 250kgkmol N B0000571428kmolh C Vazão Molar de Alimentação de A Pela estequiometria A B temos que N BF A0X A Portanto a vazão molar de alimentação de A requerida é F A0 NB X A F A00000571428kmolh 097 F A0000058910 kmolh Etapa 2 Cálculo do Tempo de Reação no BSTR Um BSTR opera em batelada mas o processo total de produção envolve os tempos de enchimento aquecimento reação e drenagem A vazão calculada FAO é a vazão média ao longo do tempo de operação mas o dimensionamento depende do tempo real de reação tR O tempo de ciclo de uma batelada tciclo é t ciclot et aqt Rt d O tempo total gasto em processos nãoreativos é t nãoreac101412 t nãoreac36min t nãoreac06h A equação de tempo de reação para uma reação de primeira ordem A B em um reator batelada é t R1 k ln 1 1X A Substituindo os valores conhecidos t R 1 0 8 ln 1 1097 t R125ln33333 t R43832h A Cálculo do volume por Batelada A vazão molar de alimentação FA0 e o volume por batelada V0 se relacionam com o tempo de ciclo F A0 N A0 t ciclo F A0CA 0V t ciclo V F A0t ciclo C A0 Primeiro calculamos a concentração inicial CA0 C A0 ρ PM C A0 09 gcm 3 250kgkmol 1kg 1000 g 10 6cm 3 1m 3 1m 3 1000L 1kmol 1000mol C A036kmolm 3 Agora calculamos o volume do reator V F A0t ciclo C A0 V00029354 kmol 36 kmolm 3 V00008154m 3 V0815L Etapa 3 Cálculo do Volume em Operação Adiabática Em operação adiabática a temperatura do reator irá aumentar devido ao calor liberado pela reação já que ΔHR 0 a reação é exotérmica Isso aumenta a constante de reação k diminuindo o tempo de reação tR A Aumento de Temperatura máximo O calor liberado é absorvido pelo meio reacional Assumindo Cp CpA o balanço de energia no reator batelada adiabático é ΔT ΔH RX A C p Capacidade Calorífica Molar C p05cal gC CpCp PM Cp05 cal g C250 gmol Cp125calmol C Calor de Reação Molar ΔH R83cal g Δ H R ΔH R PM Δ H R 83calg250 gmol Δ H R20750calmol Portanto ΔT Máx20750calmol0 97 125calmol C ΔT Máx16102C B Temperatura média de Reação A temperatura inicial é 163C 43615 K A temperatura final seria Tf 163 16102 32402C Para o cálculo do tempo de reação usamos uma temperatura média de reação que é a temperatura média logarítmica ou simplificadamente a média aritmética T MédiaT0T f 2 T Média16332402 2 T Média24351 C T Média51666 K C Constante de Reação Média Usamos a equação de Arrhenius para encontrar a nova constante de reação na Tmédia ln k2 k1 Ea T 1 1 T1 1 T2 ln kmédia 0 8 28950calmol 1987calmol K 1 43615 K 1 516 66 K ln kmédia 0 8 5200 k média08e 5200 k média0818125 k média1450h 1 D Novo tempo de reação Usamos a mesma fórmula do tempo de reação de 1ª ordem mas com kmédia t R adiabático 1 k média ln 1 1X A t R adiabático 1 1450 ln 1 1097 t R adiabático002418h E Novo volume do reator Calculamos o novo tempo do ciclo t ciclo adiabáticot nãoreact Radiabático t ciclo adiabático06002418 t ciclo adiabático062418h O volume V pe inversamente proporcional ao CA0 e diretamente proporcional ao tciclo V AdiabáticoF A0t ciclo adiabático C A0 V Adiabáticotisotérmico t ciclo adiabático tciclo isotérmico V Adiabático08154 L 062418h 49832h V Adiabático0102L PEST CONTROL OR PESTICIDE APPLICATORS CERTIFICATE OF COMPETENCY Practical Examination Seal EXAMINERINSPECTOR Inspectors Name Examiners Name Exam Date EXP 23 ENTOMOLOGY Name of Applicant Date of Birth Address of Applicant MONTH DAY YEAR LICENSE NO Exam Score TRAINING CENTRE COURSE OFFICIAL USE ONLY Hours Authorized by CENRODate Not Authorized Units Issued Date License Fee AR No Date License Released to Name of Applicant Signature of the LicenseeApplicant I certify that this is a true copy of the original signaturespecimen signature of the applicant during the examination Signature of Authorized ExaminerInspector Questão 2 Etapa 1 CSTR Isotérmico 163C A Cálculo do Volume do Reator Isotérmico Para um CSTR de 1ª ordem A B com escoamento de fase líquida volume constante o balanço molar em regime permanente é V F A0 X A r A onde rA é a taxa de consumo de A V F A0X A kC A01X A Substituindo os valores V 000058910kmoh097 08h 136 kmolm 31097 V0000571427 00864 V00066137m 3 V6614 L B Requisito de Transferência de Calor Para manter a operação isotérmica T 163C com alimentação fria T0 20C a taxa de transferência de calor é dada pelo balanço de energia em regime permanente QF A0 X A ΔH R Fi C p iTT 0 QF A0 X A ΔH R FA 0Cp iTT 0 QF A0 Substituindo os valores Q058910molh09720750calmol125calmol C143C Q22387calh Q937 kJ h Como o resultado é positivo significa que calor precisa ser removido do reator para que ele se mantenha a 163C Etapa 2 CSTR Adiabático Aqui o objetivo é calcular a produção de B usando um reator de V 36 L alimentado com mA0 1 tonano de A A operação é adiabática A Cálculo da Vazão Molar de Alimentação m A01ton ano 1000kg 1ton 1ano 36524 h m A00114155kgh F A0 m A0 PM F A00114155 kgh 250kgkmol F A0000045662kmolh F A0045662molh B Balanços Molar e de Energia A solução envolve resolver o sistema de equações para a conversão e a temperatura de saída Balanço molar CSTR Primeira ordem V F A0X A kC A01X A X A VkT CA 0 FA 0VkTC A0 X A 00036 m 3k T 36kmolm 3 000045662kmolh00036m 3k T 36kmolm 3 X A 001296k T 000045662001296k T Equação de Balanço Molar Balanço de energia CSTR Adiabático X A ΔHR C pTT 0 X A C p ΔH R TT 0 X A 125 20750 T20 X A0006024 T20 X A0006024 T012048 Equação de Balanço de Energia Equação de Arrhenius Relaciona kT e T k Tk1exp Ea R 1 T 1 1 T C Solução Iterativa Devemos resolver as equações de balanço molar e energia simultaneamente Iteração T C T K kT h1 XA Balanço Molar XA Balanço de Energia Diferença 1 100 37315 00508 0866 0482 0384 2 110 38315 00864 0942 0542 0400 3 140 41315 03587 0996 0723 0273 4 150 42315 05806 0998 0783 0215 5 160 43315 09201 0999 0843 0156 6 185 45815 2852 0999 0995 0 A conversão e temperatura de operação são o ponto de intersecção das curvas Pela análise o ponto de regime permanente está em aproximadamente T 185 C XA 0995 D Cálculo da Produção de B Usando a conversão XA 0995 A vazão molar de B produzida é N BF A0X A N B000045662kmolh0995 N B000045434 kmolh A massa de B produzida é mB NBPM mB000045434 kmol h 250 kgkmol mB0113585 kgh mB0995tonano Questão 3 O tempo espacial τ é dado por τ V v0 Para uma reação em fase gás a equação de projeto do PFR é τ C A0 0 X A d X A r A Etapa 1 A Cálculo da Concentração Inicial Usando a equação dos gases ideais C A0 PA0 RT0 y A0P0 RT0 C A0 051atm 008206 Latmmol K 72315 K C A0000841mol L B Determinação do Fator de Expansão A reação é A B C ϵC A0δ CT 0 ϵ y A0δ ϵ051 ϵ05 C Lei de velocidade Para a reação de 2ª ordem elementar rA k CA CB Com mistura equimolar as concentrações são C AC A0 1X A 1ϵ X A T 0 T CBC A 0 1X A 1ϵ X A T 0 T r Ak T C 2 A0 Etapa 2 Caso 1 Operação Isotérmica Se a operação é isotérmica a lei de velocidade se simplifica r Ak T 0C 2 A 0 A Cálculo da constante de velocidade ln k 75 ln10 27500 RT 0 17265 27500 198772315 ln k 17265 19139 ln k 1874 kT0 e1874 kT0 01535 Lmol s B Cálculo do tempo espacial τ 1 CA 0 0 01 d X A k T 0C 2 A0 τ 1 k T 0C A0 0 01 Resolvendo a integral chegamos em 225003412 007677 Portanto chegamos em τisotérmico 7751007677 τisotérmico 5957s Etapa 3 Caso 2 Operação Adiabática Em operação adiabática a temperatura do gás varia com a conversão A Relação T vs XA A equação do balanço de energia é X A ΔHR i1 n Fi0Cp iTT 0 onde o termo do lado direito é o calor sensível necessário para aquecer a vazão molar total Primeiro calculamos o calor específico molar médio de alimentação Cp médiay A0Cp A y B0 C p B Cp média0536805202 Cp média184101 Cp média285 calmol K A vazão molar total de alimentação é FT0 Fi0 C piFT 0 C pmédia X AΔ H R C pmédiaTT 0 TT 0 ΔH R C p média X A TT 0 30000 28 5 X A TT 010526 X A Para XA 01 T f72315 K105260 1 T f82841 K B Cálculo do tempo espacial τ f 1 CA 0 0 01 d X A k T 0C 2 A0 τ f 1 C 2 A0 0 01 1 k T A temperatura T não é constante então a constante de velocidade kT varia ao longo da integral Como a variação é pequena 0 a 10 a integral pode ser aproximada pela Regra de Simpson ou pelo uso da média de kT k média k T 0k T f 2 k média 015351716 2 k média09347 Lmols Agora recalculamos τ a partir da Tmédia T média T0T f 2 T média 77578K τ adiabático 1 kmédiaC A0 τ adiabático 1 09347 Lmol s000841mol L τ adiabático1122s PRACTICAL EXAM FOR PESTICIDE APPLICATOR CERTIFICATE OF COMPETENCY Inspect the pesticide service vehicle and pesticide application equipment for safety and operating conditions Including calibration and demonstration Properly apply the pesticide to the target pest in outdoor horticulturedisease plantsfield cropstree crops using the correct equipment and pesticide concentration adhering to safety precautions and environmental considerations during the application List the special precautions that must be observed in the storage and disposal of unused pesticides and containers Including triple rinse puncturing labeled waste disposal THE APPLICANT MUST PROPERLY USE AND MAINTAIN ALL PERSONAL PROTECTIVE EQUIPMENT AND FOLLOW ALL STANDARD OPERATING PROCEDURES AND SAFETY REGULATIONS DURING THE EXAMINATION Equipment to be used The applicant shall bring hisher own protective clothing and pesticide application equipment END OF PRACTICAL EXAMINATION