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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA (UFV) CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E ENGENHARIA QUÍMICA ENQ 273 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III PRÁTICA 8 - Cinética heterogênea Mattheus Almeida Begali – 75384 Thalles Mercês Carreiro – 83020 VIÇOSA - 2017 Introdução Reações catalíticas são amplamente utilizadas na indústria devido às suas vantagens de operação. As reações químicas utilizadas em processos industriais podem ser catalisadas com o objetivo de diminuir custos operacionais, uma vez que o catalisador acelera ou viabiliza a formação dos produtos desejados. As catálises podem ser classificadas em heterogêneas e homogêneas. A catálise homogênea acontece quando o catalisador está na mesma fase (normalmente, líquida) que os reagentes. Já a catálise heterogênea acontece quando o catalisador está em uma fase diferente da dos produtos. Sua vantagem principal está na facilidade de separação e reutilização do catalisador para outros processos, uma vez que este não é consumido durante a reação. Além disso, a catálise heterogênea permite, normalmente, que condições mais extremas de operação sejam utilizadas, quando necessário. (CALTECH, 2017) A utilização de catalisadores tem o objetivo de diminuir a energia de ativação total da reação através da criação de etapas intermediárias com menores energias de ativação. Um exemplo é a figura 1, que demonstra a reação de oxidação do CO a . Figura 1 - Diagrama esquemático para oxidação do CO sendo catalisada com platina ( ) Uma vez que neste processo as etapas de adsorção dos reagentes e dessorção dos produtos influenciam na taxa reacional, o formalismo de Langmuir-Hinshelwood traz uma forma de se determinar a este parâmetro quando há um catalisador heterogêneo no meio reacional. Em uma reação química com reagentes adsorvidos, temos que a taxa é proporcional a velocidade específica da reação, . Para cada reagente absorvido, há um termo pelo qual a taxa aparece multiplicada: , onde r é um reagente adsorvido e o somatório no denominador corresponde a soma de todos os termos referentes a espécies adsorvidas, reagentes ou produtos. De uma forma geral, a taxa pode escrita da seguinte forma: Através de informações sobre a reação química e suposições, podemos escrever a expressão de taxa mais adequada quando analisamos uma série de ensaios envolvendo a pressão de um elemento ( ) e a taxa de reação. DETERMINAÇÃO DA TAXA DE REAÇÃO A reação + → foi estudada através de um reator diferencial utilizando um catalisador comercial. Os seguintes dados foram reportados para a reação em questão: Para o cálculo da taxa de reação, foram montadas algumas hipóteses e o comportamento da regressão não linear foi avaliado. Hipótese 1 - CO adsorvido e em fase gasosa Expressão de taxa: R² - 0.5348 - -0.6466 - -0.0173 - - 1.3079 Mecanismo 1: Hipótese 2 - CO e adsorvidos Expressão de taxa: R² - 0.9874 - 2.3154 - 0.0289 - 2.8194 - 2.1042 Mecanismo 2: Hipótese 3 - CO adsorvido ocupando dois sítios ativos e em fase gasosa Expressão de taxa: R² - 0.8085 - 0.01464 - 9.951 - - 4.0993 Mecanismo 3: Hipótese 4 - CO adsorvido ocupando dois sítios ativos e adsorvido Expressão de taxa: R² - 0.9883 - 28.32 - 0.004362 - 1.4352 - 1.0752 Mecanismo 4: Conclusão O método de regressão não linear nos indica uma possível forma reacional de uma reação química através da correlação não-linear (R²). No entanto, os resultados devem ser interpretados além deste coeficiente, pois o raciocínio de cinética de reatores pode nos levar a uma conclusão diferente do resultado meramente numérico. Apesar de as hipóteses 2 e 4 apresentarem ótimas correlações, é muito mais provável que o mecanismo mais aceito para a reação química em questão seja a adsorção do CO e , a reação aditiva formando adsorvido e este composto se dessorvendo em seguida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CALTECH. Disponível em: <http://www.caltech.edu/>. Acesso em 14/06/2017. FOGLER, S. C., Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 3ª ed., Editora LTC, 2002. LEVENSPIEL, O., Engenharia das Reações Químicas, Tradução da 3ª ed., Editora Blucher, 2000.
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