Apresentação CSTR e PFR (1)

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Alunos: Danilo Ferreira, Flávio Lordelo, Jamille Rocha, Monika Amorim e Rafaela Oliveira
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ENGD03 - LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
PRÁTICA 12 
REATORES CSTR E PFR
Professora: Daniela Araújo
SUMÁRIO
Objetivos
Fundamentação Teórica
Procedimento Experimental
Resultados e Discussões
Conclusões 
Referências
1. Objetivo
O objetivo da presente prática é aplicar as equações de projeto de um CSTR e PFR, em regime estacionário e temperatura constante, a fim de investigar as limitações das equações de projeto frente a dados experimentais. 
2. Fundamentação Teórica
TIPOS DE REATORES
CSTR
Reator contínuo de tanque agitado
Usados mais frequentemente para reações em fase líquida
Em condições ideais, suas propriedades são constantes ao longo do reator (mistura perfeita)
PFR
Tubo por onde passa a mistura reacional
Usados mais frequentemente para reações em fase gasosa
Em condições ideais, há variação das propriedades apenas na direção axial.
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2. Fundamentação Teórica
CH3-COO-C2H5 + NaOH  CH3-COONa + CH3CH2OH
Acetato de etila 
em excesso
Reagente
limitante
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2. Fundamentação Teórica
EQUAÇÕES DE PROJETO - CSTR
Mistura perfeita
Estado estacionário
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2. Fundamentação Teórica
EQUAÇÕES DE PROJETO – CSTR
- Escrevendo em função do reagente limitante:
As concentrações são dadas por:
Equação de projeto do CSTR:
Teta b – medida do excess do reagente
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2. Fundamentação Teórica
EQUAÇÕES DE PROJETO – PFR
Os reagentes são continuamente consumidos à medida que escoam ao longo do reator. A concentração varia continuamente na direção axial, logo, a velocidade de reação também. [1]
Balanço de massa em um volume diferencial
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2. Fundamentação Teórica
EQUAÇÕES DE PROJETO - PFR
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2. Fundamentação Teórica
EQUAÇÕES DE PROJETO – PFR
- Escrevendo em função do reagente limitante:
Na forma integral:
Substituindo a lei de velocidade e as concentrações em função de X, temos a equação de projeto do PFR:
No tratamento de dados, temos V, F, teta e C constants. Usamos a equação de projeto para calcular X e k.
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2. Fundamentação Teórica
CSTR x PFR
 
Para um mesmo volume, espera-se uma conversão maior no reator PFR
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2. Fundamentação Teórica
TEMPO ESPACIAL (τ)
 
- Conceito utilizado para reatores de escoamento contínuo com vazão constante; 
- O tempo espacial é o tempo necessário para processar um volume de fluido no reator, ou seja, o tempo que leva para esse fluido estar completamente no reator.[1]
τ: tempo de enchimento do reator
ν0: vazão volumétrica total de alimentação
V: volume do reator
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3. Materiais e métodos
20 L de acetato de etila 
(0,1 mol/L);
20 L de hidróxido de sódio
(0,1 mol/L);
01 cronômetro;
Condutivímetro.
3. Materiais e métodos
Energizar o painel e ligar os controladores;
Abrir V1 e acionar as duas bombas;
Ajustar as vazões para o valor desejado;
Fechar V1 e abrir imediatamente V2. Anotar o tempo de enchimento do reator CSTR e os valores de condutividade a cada minuto até ficar constante;
V1 – ligada ao descarte de reagente
V2 – reagentes ao CSTR
V3 – reagentes ao PFR
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3. Materiais e métodos
Para a o PFR, manter as mesmas vazões anteriores, abrir a V3 e fechar a V2;
Coletar alíquotas pela última válvula do PFR de 30 em 30 segundos, medindo a condutividade até que ela fique constante;
Diminuir para zero as vazões dos rotâmetros, abrir as V1 e V2. Manter as válvulas abertas até que os reatores estejam vazios;
V1 – ligada ao descarte de reagente
V2 – reagentes ao CSTR
V3 – reagentes ao PFR
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4. Resultados e Discussões 
Para determinar a concentração de NaOH na solução, a partir da condutividade, utilizamos a curva de calibração dada no roteiro
Figura 1 – Curva de calibração
Mesma curva da prática de reator batelada
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4. Resultados e Discussões 
CONDIÇÕES DE REAÇÃO
Cada grupo utilizou os reagentes em diferentes vazões, sempre com o acetato de etila em excesso
Grupo
Vazão de reagente (L/min)
Hidróxidode sódio
Acetato de etila
1
0,4
0,5
2
0,3
0,4
3
0,2
0,3
4
0,1
0,2
Tabela 1 – Vazões de reagente
Concentração NaOH
0,1 mol/L
Concentração Acetato
0,1 mol/L
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4. Resultados e Discussões 
REATOR CSTR
Gráfico com todos os experimentos para o reator CSTR, para mostrar que quanto maior a concentração inicial, maior a concentração no estado estacionário
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4. Resultados e Discussões 
REATOR CSTR – GRUPO 1
Falar que nesse e em outros gráficos as concentrações no início da reação ficaram estranhas, mas o que importa para os cálculos são os valores na estabilidade
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4. Resultados e Discussões 
REATOR CSTR – GRUPO 2
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4. Resultados e Discussões 
REATOR CSTR – GRUPO 3
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4. Resultados e Discussões 
REATOR CSTR – GRUPO 4
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4. Resultados e Discussões 
REATOR PFR
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4. Resultados e Discussões 
REATOR PFR – GRUPO 1
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4. Resultados e Discussões 
REATOR PFR – GRUPO 2
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4. Resultados e Discussões 
REATOR PFR – GRUPO 3
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4. Resultados e Discussões 
REATOR PFR – GRUPO 4
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4. Resultados e Discussões 
TEMPO ESPACIAL
REATOR CSTR
τ: tempo de enchimento do reator
ν0: vazão volumétrica total de alimentação
V: volume do reator
Grupo
1
2
3
4
Volume (L)
1,6
1,6
1,6
1,6
Vazão total (L/s)
0,015
0,012
0,008
0,005
τteórico (s)
106,67
137,14
192,00
320,00
τexperimental (s)
110,00
132,00
147,00
306,00
Desvio
3,13%
3,75%
23,44%
4,38%
Dados bem representados para todos os grupos, exceto para o grupo 3. O cronometro deve ser ativado quando os reagentes entram no reator, e eles podem ter ativado só depois que o reagente entrou, por isso o tempo exprimental deu menor.
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4. Resultados e Discussões 
Grupo
1
2
3
4
Volume (L)
1,1
1,1
1,1
1,1
Vazão total (L/s)
0,015
0,012
0,008
0,005
τteórico (s)
73,33
94,29
132,00
220,00
τexperimental (s)
95,00
79,00
180,00
230,00
Desvio
29,55%
16,21%
36,36%
4,55%
TEMPO ESPACIAL
REATOR PFR
τ: tempo de enchimento do reator
ν0: vazão volumétrica total de alimentação
V: volume do reator
Explicar esse – ainda não sei como
Repare q o experimental deu maior que o teórico em todos
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4. Resultados e Discussões 
CONVERSÃO
Calculada com as equações de projeto:
PFR
CSTR
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4. Resultados e Discussões 
Grupo
1
2
3
4
X teórico
0,61
0,68
0,78
0,92
X experimental
0,70
0,75
0,81
0,85
Desvio
13,57%
10,11%
4,15%
7,66%
CONVERSÃO
REATOR CSTR
REATOR PFR
Grupo
1
2
3
4
X teórico
0,73
0,82
0,93
0,99
X experimental
0,75
0,78
0,83
0,87
Desvio
2,77%
5,32%
10,98%
12,53%
Menor vazão e maior conversão
Conversão PFR > conversão CSTR
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4. Resultados e Discussões 
FONTES DE ERRO
Os experimentos foram realizados por grupos diferentes em dias diferentes, o que afeta a precisão dos dados 
O condutivímetro respondia de forma muito lenta e não se estabilizava
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5. Conclusões
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6. Referências
FOGLER, H. Scott. Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 4ª ed. Editora LTC. São Paulo: 2009.
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