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	Universidade Federal de Alagoas
Unidade Acadêmica Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Química
Cinética e Cálculo de Reatores 1
	
CONversão e Dimensionamento de Reatores – CAP 2
Julho, 2017
Conversão e Dimensionamento de Reatores 
O primeiro capítulo concentrou-se na equação geral do balanço molar. O balanço molar foi aplicado aos quatro tipos mais comuns de reatores industriais, resultando numa equação de projeto para cada reator. Neste capítulo, primeiro definiremos conversão e então reescrevemos as equações de projeto em termos deste parâmetro. Após a realização desta etapa, mostraremos como podemos dimensionar o reator (isto é, determinar o volume necessário do reator para que este atinja uma conversão especificada), uma vez conhecido a relação entre a velocidade de reação –rA, e a conversão.
1 Conversão
1.1 Sistema Batelada
Na maioria dos reatores tipo batelada, quanto mais tempo o reagente permanecer no reator, mas ele é convertido em produto, até que o equilíbrio da reação seja atingido, ou o reagente seja exaurido.
Logo, o número de moles de A que permanecem no reator após um tempo t, NA, pode ser expresso em termos de NA0 e X:
(
( = 
A conversão da espécie A na reação é a razão entre o número de moles de A reagidos e o total de moles de A alimentados ao sistema:
	Batelada
	
1.2 Sistemas de Escoamento Contínuo
Normalmente, a conversão aumenta com o tempo que os reagentes permanecem no reator. Em geral, para sistemas de escoamento contínuo, este tempo aumenta com o aumento do volume do reator; conseqüentemente a conversão X é uma função do volume do reator V.
A vazão molar alimentada ao sistema menos a velocidade molar de reação de A no sistema é igual à vazão molar de A que sai do sistema, FA.
	Fluxo Contínuo
	
A vazão molar de alimentação, FA0 (mol/s), é simplesmente o produto da concentração de entrada, CA0 (mol/dm3), pela vazão volumétrica de entrada,(0 (dm3/s):
FA0 = CA0.(0
Para sistemas líquidos, CA0 é normalmente dada em termos de molaridade. Para sistemas gasosos, CA0 pode ser calculada a partir da temperatura e pressão de entrada, usando a lei dos gases ideais, ou alguma outra lei de gases. Para um gás ideal:
	
	 Onde:
CA0 = concentração de entrada, mol/dm3.
yA0 = fração molar de A na entrada
P0 = pressão total na entrada, KPa
T0 = temperatura de entrada, K
PA0 = pressão parcial de A na entrada, KPa
2 Equações de Projeto
Balanço Molar dos Reatores em Termos de Conversão
	Reator
	Diferencial
	Algébrica
	Integral
	Batch
	
	
	
	CSTR
	
	
	
	PFR
	
	
	
	PBR
	
	
	
Para executar as integrações indicadas nas equações de projeto dos reatores batelada e tubular, bem como aplicar a equação do projeto do CSTR, precisamos saber como a velocidade de reação –rA, varia com a concentração (e portanto conversão) das espécies reagentes. Esta relação será desenvolvida no próximo capítulo.
2.1 Dimensionamento de Reatores
Os dados de velocidade -rA, foram convertidos nos seus inversos, 1/-rA em função da conversão, com isso, podemos dimensionar qualquer tipo de reator. O volume do CSTR e o volume do reator PFR podem ser representados pelas áreas dos gráficos de Levenspiel:
2.1.1 Avaliação Numérica de Integrais
Uma avaliação mais precisa da integral para calcular o volume do reator PFR pode ser encontrada com a aplicação da regra de Simpson:
A regra um terço de Simpson é um dos métodos numérico mais comum. Ele usa três pontos. Outros métodos numéricos para avaliar as integrais são:
Regra do trapézio (usa dois pontos)
Regra três oitavos de Simpson (quatro pontos)
Fórmula da quadratura de cinco pontos
Regra um terço de Simpson (três pontos):
	 
2.2 Reatores em Série 
Muitas vezes os reatores são conectados em série de forma que a corrente de saída de um reator seja a corrente de alimentação de outro reator. Quando este arranjo é utilizado, freqüentemente é possível aumentar a velocidade de cálculo definindo-se a conversão em termos de uma posição à jusante, em vez de com relação a qualquer um dos reatores:
A)
B)
Algumas definições Adicionais 
Velocidades Relativas de Reação
As velocidades Relativas de reação de várias espécies envolvidas numa reação podem ser obtidas a partir da razão dos coeficientes estequiométricos.
aA + bB cC + dD 
Tempo Espacial
O tempo Espacial ( é obtido dividindo-se o volume do reator pela vazão volumétrica de entrada no reator:
( = V/(0
O tempo espacial é o tempo necessário para processar um volume de reator considerando-se o fluido nas condições de entrada. Ele também é chamado de tempo de retenção ou tempo médio de residência.
Exemplos de Tempo Espacial em Processos Industriais
	
	  Reações 
	 Reator 
	 Temperatura 
	 Pressão (atm) 
	 Tempo Espacial 
	(1)
	C2H6 → C2H4 + H2
	PFR
	860°C
	2
	1 s
	(2)
	CH3CH2OH + HCH3COOH → CH3CH2COOCH3 + H2O
	CSTR
	100°C
	1
	2 h
	(3)
	Craqueamento Catalítico
	PBR
	490°C
	20
	1 s < τ < 400 s
	(4)
	C6H5CH2CH3 → C6H5CH = CH2 + H2
	PBR
	600°C
	1
	0.2 s
	(5)
	CO + H2O → CO2 + H2
	PBR
	300°C
	26
	4.5 s
	(6)
	C6H6 + HNO3 → C6H5NO2 + H2O
	CSTR
	50°C
	1
	20 min
Velocidade Espacial
 A Velocidade Espacial (SV) é definida como:
SV = (0/V
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Profª. Soraya Lira Alencar
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