Reações múltiplas

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Reações múltiplas
Cap 6 Fogler 3ª/4ª edição
PROF. ANA MARIA FERRARI LIMA
REAÇÕES MÚLTIPLAS
REAÇÃO DESEJADA X REAÇÕES INDESEJADAS
Reações múltiplas
Reações paralelas
Reações em série
Reações múltiplas
Reações complexas (em série e em paralelo ocorrendo simultaneamente)
Reações independentes
Reações múltiplas
kU
kD
kU
kD
Maximizando o produto desejado:
REAÇÕES EM PARALELO
SELETIVIDADE E RENDIMENTO
Maximizando o produto desejado EM REAÇÕES PARALELAS
A velocidade de consumo de A será:
Queremos maximizar D:
Se α > β use alta concentração de A. Use PFR. (A puro)
Se α < β use baixa concentração de A. Use CSTR. (diluir com inertes)
-rA = rD +rU
D/U
Maximizando o produto desejado EM REAÇÕES PARALELAS
Se conhecermos as energias de ativação:
Se ED>EU, kD aumenta mais rapidamente com T, logo, altas temperaturas
Se ED<EU, kU aumenta mais rapidamente com T, logo, baixas temperaturas, mas não tão baixa a ponto de prejudicar a extensão da reação
SB/XY= rB/(rX+rY)
Ex 6-2 4ªeD.
Devemos usar um CSTR operando em CA*
Ex 6-2 4ªeD.
Ex 6-2 4ªeD.
Queremos que CA no reator seja sempre igual a 0,112 moldm3, logo usaremos um CSTR operado a CA*
A seletividade será:
Ex 6-2 4ªeD.
VCSTR=?
τ=783s
V=1566dm3
Ex 6-2 4ªeD.
Em relação à temperatura
Ex 6-2 4ªeD.
Em relação à temperatura
Ex 6-2 4ªeD.
Portando, para otimizar a formação do produto desejado devemos:
Utilizar um reator CSTR operando com CA=0,112 mol/dm3
XCSTR=?
Ex 6-2 4ªeD. - CSTR ÓTIMO, SEGUIDO DE UM PFR
As concentrações de saída de cada espécie podem ser encontradas a partir do B.M.
Ex 6-2 4ªeD. - CSTR ÓTIMO, SEGUIDO DE UM PFR
Ex 6-2 4ªeD. - CSTR ÓTIMO, SEGUIDO DE UM PFR
Ex 6-2 4ªeD. - CSTR ÓTIMO, SEGUIDO DE UM PFR
Se uma conversão final de 90% fosse requerida, Caf na saída do PFR seria 0,04 mol/dm3
B.M. no PFR:
Ex 6-2 4ªeD. - CSTR ÓTIMO, SEGUIDO DE UM PFR
Resolvendo no Polymath
MAXIMIZANDO S PARA DOIS REAGENTES
MAXIMIZANDO S PARA DOIS REAGENTES
Sejam as reações:
A seletividade será: 
MAXIMIZANDO S PARA DOIS REAGENTES
CA e CB maior possível: 
reator batelada ou tubular
Mínimo de inertes
Se fase gasosa, altas pressões
MAXIMIZANDO S PARA DOIS REAGENTES
CA maior possível,
CB menor possível:
reator semi-contínuo ou tubular com alimentação de B (CB<<)
Série de CSTRs com alimentção de A puro no primeiro reator
MAXIMIZANDO S PARA DOIS REAGENTES
CA e CB menor possível: 
CSTR
Inertes – alimentação diluída
MAXIMIZANDO S PARA DOIS REAGENTES
CA menor possível
CB maior possível:
reator semi-contínuo ou tubular com alimentação de A (CA<<)
Série de CSTRs
Maximizando O PRODUTO DESEJADO para reações em série
Maximizando o PRODUTO DESEJADO para reações em série
Seja a reação em série:
O tempo de reação é o fator decisivo! Batelada: tempo de reação; contínuo: tempo espacial
Se:
Reação 1 lenta e 2 rápida: difícil formar B
Reação 1 rápida e 2 lenta: fácil formar B
Ex 6-3
A oxidação do etanol para formar acetaldeído é conduzida sobre um catalizador de 4% p/p Cu -2% p/p Cr sobre Al2O3 . Infelizmente,o acetaldeído é também oxidado sobre este catalizador para formar dióxido de carbono .A reação é conduzida com um excesso de três vezes de oxigênio e concentrações diluídas(Ca 0,1% etanol, 1% O2 e 98% N2).Consequentemente, a variação de volume com a reação pode ser desprezada. Determine a concentração de acetaldeído como uma função do tempo espacial.
Ex 6-3 SOlução
Algoritmo espécie A:
Ex 6-3 SOlução
Ex 6-3 SOlução
Algoritmo espécie B:
Ex 6-3 SOlução
Ex 6-3 SOlução
Integrando para τ’=0 quando CB=0:
Ex 6-3 SOlução
Maximizando B:
Algoritmo para solução de reações complexas
1- Balanço Molar
Em sistemas complexos de reações se usa o número de mols vazões molares em vez de conversão.
Para sistemas líquidos, pode ser preferível utilizar concentração nas equações de balanço molar.
rA e rB são as velocidades globais de reação para A e B.
2 – Leis de velocidade: Velocidade globais de reação
Sejam “q” reações:
As velocidades globais de reação para A e B serão:
Obs.: r3A=0 ; r2B=0 e r2D=0
3- Estequiometria
Fase líquida
Fase gasosa
4- COmbinação
Para sistemas em batelada a pressão constante basta substituir Ni por Fj
Exercícios
Estequiometria e leis de velocidade para reações múltiplas
Escreva os balanços molares em termos da vazão molar para cada espécie envolvida nas reações a seguir
Estequiometria e leis de velocidade para reações múltiplas
1. Escreva a lei de velocidade para cada espécie
1. Leis de velocidade
Velocidades relativas
Reação 1: 
1. Leis de velocidade
Velocidades relativas
Reação 2: 
1. Leis de velocidade
Velocidades relativas
Reação 3: 
1. Leis de velocidade
Velocidades globais
NO:
1. Leis de velocidade
Velocidades globais
N2:
1. Leis de velocidade
Velocidades globais
O2:
2. Estequiometria
Desconsiderando a queda de pressão:
3.combinação
3.combinação
Ex. 6-7 4ªedição
Reação múltipla em um PFR
1. B.M. 
Reação múltipla em um PFR
2. Leis de velocidade
2.1 velocidades relativas
2.2 velocidades globais
Reação múltipla em um PFR
Estequiometria P cte
Reação múltipla em um PFR
Combine
E se for um cstr?
1. B.M
E se for um cstr?
2. Leis de velocidade: idênticas ao exemplo anterior
3. Estequiometria: idênticas ao exemplo anterior
4. Combinação