Cálculo de Reatores AULA04

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Cálculo de reatores I
Aplicação das equações de projeto 
para os reatores contínuos
Prof.: Magmir Metzker Soares
Aplicação das equações de projeto
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 A taxa de desaparecimento de A, -rA, é quase sempre uma
função da concentração das espécies presentes. Quando uma
reação ocorre, cada uma das concentrações pode ser expressa
como uma função da conversão X. Consequentemente, -rA
pode ser expresso em função de X.
 Considera-se a reação:
 Os resultados obtidos em laboratório estão apresentados na
tabela a seguir, mostrando a taxa de reação em função da
conversão.
Aplicação das equações de projeto
Aplicação das equações de projeto
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 A temperatura do experimento foi de 300ºC, a pressão total
foi de 10 atm e a carga inicial foi de uma mistura equimolar de
A e inerte.
Aplicação das equações de projeto
Aplicação das equações de projeto
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 Para um reator CSTR:
 Para um reator PFR:
Aplicação das equações de projeto
Aplicação das equações de projeto
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 Os dados de taxa de reação mostrados na tabela foram
convertidas em taxas recíprocas, 1/-rA, que são agora
usadas para chegar ao enredo desejado de 1/-rA como um
função de X, como mostrado a seguir.
 Se a reação é isotermica, a taxa é geralmente maior no início
da reação, quando a concentração de reagente é maior (isto é,
quando não há conversão).Assim, 1/-rA será pequeno.
Aplicação das equações de projeto
Aplicação das equações de projeto
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 Perto do fim da reação, quando o concentração de reagente é
reduzida (isto é, a conversão é grande), a taxa de reação será
pequena. Por conseguinte, 1/-rA é grande.
Conversão, X
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator CSTR
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 Para projetar um reator CSTR, deve-se utilizar os dados
apresentados anteriormente. Desta forma, calcular o volume
necessário para alcançar 80% de conversão em um reator de
mistura perfeita.
 Ainda, sabe-se que a vazão volumétrica é 6 L/s, a pressão inicial
é de 10 atm, a fração molar inicial de A é 0,5 e a temperatura
inicial do sistema é 422,2 K. Pode-se admitir que A se
comporta como um gás ideal.
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator CSTR
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 Sabe-se que:
 Para um gás ideal:
 Assim:
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Projetando um reator CSTR
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 Deve-se lembrar que:
 Em um CSTR, a composição, temperatura e conversão da
corrente de saída são idêntica à do fluido no interior do
reator, uma vez que a mistura é perfeita. Portanto, precisamos
encontrar o valor de -rA (ou seu inverso) em X = 0,8.
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator CSTR
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 Assim:
 Ainda, pode-se obter a forma gráfica para o reator CSTR. Ao
se multiplicar a área por FA0, obtêm-se o volume do reator
necessário para se atingir a conversão determinada.
)
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator CSTR
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Conversão, X
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator CSTR
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 Na figura, o valor de V/FA0 é igual a área do retângulo com
altura 1/-rA = 800 L.s/mol e base X = 0,8. Para calcular o
volume do reator, multiplica-se a área por FA0.
Conversão, X
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator PFR
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 Agora, deve-se calcular o volume do reator necessário para
atingir uma conversão de 80% em um reator PFR. Deve-se
lembrar que:
 A forma integral da equação fornece:
 Para a conversão de 80%, foram feitos os devidos cálculos para
determinação de –rA.
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator PFR
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 Ainda, pode-se obter a forma gráfica para o reator PFR. A área
abaixo da curva, multiplicada por FA0, representa o volume do
reator necessário para se atingir a conversão determinada.
Aplicação das equações de projeto
Projetando um reator PFR
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Conversão, X
Aplicação das equações de projeto
Comparando um CSTR com um PFR
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 É interessante comparar o volume necessário de um CSTR e
um PFR para o mesmo propósito. Para isto, serão utilizados os
mesmos dados para se obter uma conversão de 60% em um
CSTR e em um PFR. As condições da carga alimentada são as
mesmas e o fluxo molar na entrada é 5 mols/s.
Aplicação das equações de projeto
Comparando um CSTR com um PFR
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 Para o reator CSTR:
 Esta é a área delimitada pelos vértices (X, 1/-rA) em (0,0),
(0,400), (0.6,400) e (0.6,0). O volume necessário para atingir a
conversão de 60% é
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Comparando um CSTR com um PFR
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 Para o reator PFR:
 O volume necessário para atingir 60% de conversão é:
Aplicação das equações de projeto
Comparando um CSTR com um PFR
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 Ou seja, para o mesmo fluxo molar FA0, o reator PFR necessita de um
volume menor do que o CSTR para alcançar a conversão de 60%. Para
reações isotérmicas com ordem maior que zero, o reator PFR sempre irá
apresentar um volume menor do que o CSTR para atingir a mesma
conversão.
Reator PFR
Diferença entre o 
PFR e o CSTR
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Até a próxima aula!
Contato: magmir@ucl.com
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