CSTR - Balanço de Energia

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Balanço de energia aplicado a reatores
CSTR
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Grupo:
 Bianca Valle
 Camilla Fontoura
 Elisa Marra
 Isabella Muniz 
 Larissa Dionísio
 Rejane Ribeiro
 Sávio Meneses
 Victória Frederico
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Reator
Reator químico é um recipiente onde ocorrem reações químicas, transferências de massa e calor.
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Reator CStr
Reator perfeitamente agitado (RPA) ou reator tanque agitado contínuo, também chamado de reator CSTR (modelo contínuo de reator de agitação);
É utilizado quando se necessita de agitação intensa;
E especialmente em reações em fase líquida.
Os materiais utilizados são: aço inox (GMP), vidro, polietileno, polipropileno, etc.
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Reator CStr
Algumas aplicações na indústria: 
Tintas;
Cervejaria;
Tratamento de efluentes;
Alimentícias.
5
Funcionamento
6
Funcionamento 
A entrada de reagentes e a saída do produto é operado de modo contínuo, de acordo com as seguintes características:
Composição uniforme da mistura dentro do reator;
A composição de saída é igual à do interior do reator;
A taxa de conversão é a mesma em todo o reator.
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Reatores cstr em pequena escala
Fonte: Researchgate.net
8
Funcionamento
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Funcionamento
Operando de forma Semibatelada:
O tanque é parcialmente preenchido com reagentes;
Estes reagentes são adicionados progressivamente até a composição desejada ser atingida;
De modo alternativo, pode-se colocar todos os reagentes de uma única vez e continuamente removendo os produtos formados.
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- Vantagens							- Desvantagens 
Capacidade de produção maior que em batelada;
Baixo custo operacional;
É relativamente fácil manter um bom controle de temperatura;
Facilidade de controle de qualidade dos produtos.
Alto investimento para implementação da operação contínua.
A conversão do reagente por unidade de volume do reator é a menor dentre os reatores com escoamento contínuo;
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Diferenças
Batelada
CSTR
PFR
Produção em pequena escala
Mais utilizado em fluxos homogêneos na fase líquida
Mais utilizado em fluxos homogêneos na fase gasosa
Geralmente utilizado na produção de produtos farmacêuticos
Quando intensa agitação é requerida
Comparado a um CSTR, há mais dificuldade em manter a temperatura
Dificuldade para grande escala
Facilidade com o controle da temperatura
Em relação à produção, é o reator com a maior conversão
Para atingir maiores conversões por volume, há a necessidade do aumento das dimensões
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Equação do balanço de massa
[ ACÚMULO ] = [ ENTRA ] – [ SAI ] 
REATOR
Produto
Reagente 
entra
Reagente acumulado
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Equação do balanço de energia
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Equação do balanço de energia
0
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Fórmulas importantes para um balanço de energia
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Avaliando o termo de trabalho
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Avaliando o termo de trabalho
Substituindo a equação de trabalho no balanço de energia, temos: 
sis
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Avaliando o termo de trabalho
19
Avaliando o termo de trabalho
20
Avaliando o termo de trabalho
Essa equação será manipulada para diversas aplicações em diferentes tipos de reatores. Para facilitar, iremos reescrevê-la como: 
Os termos com o índice “0” referem-se às correntes de entrada!
0
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Detalhando as vazões molares em estado estacionário para obter o calor de reação
De onde vieram essas expressões?
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Recapitulando...
Componentes
Entrada
Consumido/Gerado
Saída
A
NA0
-NA0X
NA
B
NB0
-NB0X
NB
C
NC0
NC0X
NC
D
ND0
ND0X
ND
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Recapitulando...
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Detalhando as vazões molares em estado estacionário para obter o calor de reação
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Detalhando as vazões molares em estado estacionário para obter o calor de reação
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Detalhando as vazões molares em estado estacionário para obter o calor de reação
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Detalhando as vazões molares em estado estacionário para obter o calor de reação
0
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Detalhando as entalpias
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Detalhando as entalpias
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Detalhando as entalpias
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Detalhando as entalpias
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Fórmulas importantes para um balanço de energia
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Variação global do calor específico por mol de A reagido.
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Equacionamento final
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Estudo de caso
Propileno glicol é produzido pela hidrólise de óxido de propileno:  
A reação ocorre prontamente a temperatura ambiente, quando catalisada por ácido sulfúrico.
Você é o engenheiro responsável por um CSRT adiabático para produzir propileno glicol por este método. Infelizmente, o reator está começando a vazar, e você tem de trocá-lo. Existe um lindo CSTR parado, com uma capacidade de transbordamento de 300 galões (40,1ft³); ele é revestido com vidro, e você gostaria de usá-lo. 
Você pode usar o CSTR parado para substituir o que está vazando, se ele for operado adiabaticamente? Se sim, qual será a conversão do óxido a glicol?
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ESTUDO DE CASO
Componente
Calor específico (Btu/lbmol.°F)
Vazão molar de entrada
(lbmol/h)
Vazão volumétrica de entrada
(ft³/h)
Entalpia
(Btu/lbmol)
A
35
43,04
46,62
-66.600
B
18
802,8
46,62
-123.000
C
46
--
--
-226.000
M
19,5
71,87
233,1
--
39
Estudo de caso
Fonte: Fogler (2009)
40
Estudo de caso
41
Estudo de caso
42
Estudo de caso
43
ESTUDO de caso
0
0
44
Estudo de caso
75ºF = 535°R
45
Estudo de caso
68ºF = 528°R
46
Estudo de caso
47
ESTUDO DE CASO
Temperatura (°R)
XEB
XMB
535
0,000
0,108
550
0,165
0,217
565
0,330
0,379
575
0,439
0,502
585
0,548
0,621
595
0,656
0,723
605
0,764
0,804
613
0,850
0,854
615
0,872
0,864
625
0,979
0,907
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OBRIGADO!
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Referências
ENG. MARCOS. Cálculo de reatores. Disponível em: <http://www.marco.eng.br/reatores>. Acesso em: 13 mar. 2018.
Fogler, H. S., Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 4 ª ed., LTC , 2009. 
PROMOPETRO. Engenharia das reações químicas. Disponível em: <www.laco.ufpe.br/wp-content/uploads/2013/08/reatores.pdf>. Acesso em: 19 mar. 2018.
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