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AULA_REATORES NAO ISOTERMICOS
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Projeto de Reatores Não Isotérmicos em Regime Estacionário Profa. Caroline Casagrande Sipoli PPGEQ - Apucarana Efeitos Térmicos • Por que precisamos do balanço de energia e como ele é utilizado para resolver problemas de projeto de reatores? • Balanço de energia para sua aplicação aos vários tipos de reatores. Dados relacionando temperatura e conversão ou velocidade de reação para os principais tipos de reatores estudados. • Operação de reatores adiabáticos. • Conversão de equilíbrio adiabática e como implementar resfriamento interestágios. • Discussão sobre a temperatura ótima de entrada para alcançar a máxima conversão em operação adiabática Caso 1: Reação exotérmica, PFR e operando adiabaticamente, volume necessário para atingir 70% de conversão! Figure 1-9 (Revisited) Tubular reactor. From Essentials of Chemical Reaction Engineering by H. Scott Fogler. ISBN 0-13-714612-4. Copyright (c) 2011 Pearson Education, Inc. Variação de Temperatura, k e Conversão X ao longo do Reator Balanço molar (equação do projeto) Leis de Velocidade de Reação e Equação Arrhenius Estequiometria (fase líquida) Combinando as equações Balanço Energia 1ª Lei da Termodinâmica Sistemas fechados Sistemas Abertos Trabalho - Escoamento - Agitação Shaft work (trabalho mecânico de agitação) Balanço de energia com escoamento Entalpia de reação 𝐴 + 𝑏 𝑎 B → 𝑐 𝑎 𝐶 + 𝑑 𝑎 𝐷 Entrada Saída Entalpia de reação 𝐴 + 𝑏 𝑎 B → 𝑐 𝑎 𝐶 + 𝑑 𝑎 𝐷 Entalpia de reação 𝐴 + 𝑏 𝑎 B → 𝑐 𝑎 𝐶 + 𝑑 𝑎 𝐷 É dada por mol da espécie tomada como base de cálculo. Entalpia de reação 𝐴 + 𝑏 𝑎 B → 𝑐 𝑎 𝐶 + 𝑑 𝑎 𝐷 Entalpia de reação 𝐴 + 𝑏 𝑎 B → 𝑐 𝑎 𝐶 + 𝑑 𝑎 𝐷 Entalpia de reação 𝐴 + 𝑏 𝑎 B → 𝑐 𝑎 𝐶 + 𝑑 𝑎 𝐷 Exemplo Exemplo 11-2 Entalpia de Reação Calcule a entalpia de reação para a síntese de amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio, a 150 ºC, em kcal/mol de N2 reagido e também em kJ/mol de H2 reagido. Balanço de Energia Desprezando o Ws, temos: Balanço de Energia – caso adiabático Termo desprezível em relação ao primeiro Balanço de Energia – Reator PFR e PBR Balanço de Energia – Reator PFR e PBR q=Ua(Ta-T) Balanço de Energia – Reator PFR e PBR Conversão de Equilíbrio Conversão de Equilíbrio - Exemplo Conversão de Equilíbrio - Exemplo Conversão de Equilíbrio - Exemplo Conversão de Equilíbrio - Exemplo Reações em estágios Reação Exotérmica Reações em estágios Reação Endotérmica Reações em estágios Temperatura ótima de alimentação Múltiplos regimes estacionários Calor adicionado ao CSTR E ∆Cp = 0 Múltiplos regimes estacionários Termo de Remoção de Calor G(T) Termo de Geração de Calor G(T) Termo de calor removido Deslocamento da linha para direita com o aumento de T0 Termo de calor gerado V ou v0 𝜏 Curva de Ignição-Extinção Curva de Ignição-Extinção Curva de Ignição-Extinção Reações Múltiplas com efeitos térmicos Reações Paralelas Reações Múltiplas com efeitos térmicos Equações para k Balanço de Energia Reações Múltiplas com efeitos térmicos Reações Múltiplas com efeitos térmicos Porque temos uma temperatura máxima? Reações Múltiplas com efeitos térmicos Reações em série em um CSTR As reações elementares em fase líquida ocorrem em um CSTR de 10 dm3. Quais são as concentrações dos efluentes para uma vazão volumétrica de alimentação de 1000 dm3/min, a uma concentração de A de 0, 3 mol/dm3 ? A temperatura de entrada é 283 K Reações Múltiplas com efeitos térmicos Leis de Velocidade de Reação Reações Múltiplas com efeitos térmicos Reações Múltiplas com efeitos térmicos
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