Capítulo 7 Sistemas de Reação II Condições Operacionais

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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.1 Sistema Unirreacional Endotérmico
A Figura ao lado mostra como a conversão de equilíbrio pode
ser aumentada dividindo a reação em estágios e reaquecendo
entre estágios. Evidentemente, a conversão de equilíbrio
também poderia ter sido aumentada ao operar o reator de
forma não adiabática e adicionar calor à medida que a reação
prossegue de modo a maximizar a conversão dentro das
restrições de transferência de calor, materiais de construção,
vida do catalisador, segurança e assim por diante.
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Exemplo: Operação Adiabática – Produção de Estireno
7.3 Temperatura do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.1 Sistema Unirreacional Endotérmico
40
Exemplo: Operação Adiabática – Produção de Estireno
7.3 Temperatura do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.1 Sistema Unirreacional Endotérmico
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Reação 
Adiabática
550 – 530 °C
~50%
Reação 
Adiabática
566,6 – 504,3 °C
~40%
Aquecimento
504,3 – 550 °C
Exemplo: Operação Adiabática – Produção de Estireno
7.3 Temperatura do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.1 Sistema Unirreacional Endotérmico
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7.3 Temperatura do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.2 Sistema Unirreacional Exotérmico
Para sistemas unirreacionais exotérmicos irreversíveis a temperatura deve ser ajustada a mais alta possível,
consistente com materiais de construção, vida e segurança do catalisador, para minimizar o volume do reator. Para
reações exotérmicas reversíveis, a situação é mais complexa. A Figura abaixo mostra o comportamento da conversão
de equilíbrio de uma reação exotérmica como relação à temperatura. Se o reator for operado de forma adiabática,
então para uma temperatura de partida dada a temperatura sistema reacional aumenta com a conversão do reator
até a conversão de equilíbrio na temperatura TE.
A Figura abaixo mostra que a conversão de
equilíbrio pode ser aumentada dividindo a reação
em estágios e resfriando os reagentes entre
estágios. Em vez de operação adiabática, a
conversão de equilíbrio também poderia ter sido
aumentada ao operar o reator de forma não
adiabática e remover o calor à medida que a
reação prossegue de modo a aumentar a
conversão.
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7.3 Temperatura do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.2 Sistema Unirreacional Exotérmico
❑ Se uma reação exotérmica é reversível o princípio de Le Chatelier diz que a operação a baixa temperatura
aumenta a conversão.
❑ No entanto, a operação a baixa temperatura diminui a taxa de reação, aumentando assim o volume do reactor.
❑ Então, idealmente, quando longe do equilíbrio, é vantajoso usar uma temperatura elevada para aumentar a
taxa de reação.
❑ À medida que o equilíbrio é avizinhado, a temperatura deve ser reduzida para aumentar a conversão da
reação.
❑ Para reações exotérmicas reversíveis, à medida que a conversão aumenta a temperatura da reação deve
diminuir.
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Para reações múltiplas como vimos anteriormente, o objetivo primário é maximizar a seletividade ou o
rendimento da reação e a questão do volume do reator fica em segundo plano.
7.3 Temperatura do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
7.3.2 Sistema Multirreacional
FEED ➔ PRODUCT Reação Primária
 
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1
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1
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1
FEED ➔ BYPRODUCT Reação Secundária
 
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C
FEED
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2
FEED ➔ PRODUCT Reação Primária r1 = k1CFEED
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1
PRODUCT ➔ BYPRODUCT Reação Secundária r2 = k2CPRODUCT
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3
As taxas de reação para as reações primárias e secundárias mudam com a temperatura, uma vez que as
constantes de velocidade de reação k1 e k2 aumentam com o aumento da temperatura. A taxa de mudança com a
temperatura pode ser significativamente diferente para as reações primárias e secundárias se:
• Se o k1 aumenta mais rápido do que o k2, opere a alta temperatura (mas cuidado com a segurança, catalisador
e materiais - restrições de construção).
• Se o k2 aumentar mais rápido do que o k1, opere a baixa temperatura (mas cuidado com o custo de capital, 
uma vez que a baixa temperatura, embora o aumento da seletividade, também aumenta o tamanho do reator). 
Aqui há um trade-off econômico entre a redução pela formação do produto e o aumento do custo de capital.
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7.4 Pressão do Reator
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Capítulo 7: Sistemas de Reação II – Condições Operacionais
Para reações reversíveis a pressão pode ter um efeito significativo na conversão de equilíbrio. Embora a constante
de equilíbrio seja apenas uma função de temperatura e não função da pressão, a conversão de equilíbrio pode ser
influenciada pela mudança das atividades (fugacidades) dos reagentes e dos produtos.
Exemplo: Analise o efeito da pressão na conversão de equilíbrio do hidrogênio na reação de produção de amônia
(NH3) para uma temperatura de 700 K e para pressões de 1 bar, 10 bar, 100 bar e 300 bar. Assumir idealidade.
 
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Exemplo: Analise o efeito da pressão na conversão de equilíbrio do hidrogênio do exemplo anterior para uma
temperatura de 700 K e para pressões de 1 bar, 10 bar, 100 bar e 300 bar. Considerar não idealidade.
 
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