Tutorial Reator PFR

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EATI - ESCOLA DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
TUTORIAL DE SIMULAÇÃO DE UM ESTUDO DE CASO 
ENVOLVENDO O REATOR PFR EM ASPEN PLUS V8.8 
 
 
Ana Carolina 
Ana Caroliny 
Camila Queiroz 
Maria Bárbara Paradas 
Thais Santana 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador, 2019 
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EATI - ESCOLA DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
Ana Carolina 
Ana Caroliny 
Camila Queiroz 
Maria Bárbara Paradas 
Thais Santana 
 
TUTORIAL DE SIMULAÇÃO DE UM ESTUDO DE CASO 
ENVOLVENDO O REATOR PFR EM ASPEN PLUS V8.8 
 
 
Tutorial de simulação de reatores em 
Aspen Plus V8.8 referente à disciplina 
Simulação de Processos, do curso de 
Engenharia Química, da Universidade 
Salvador – UNIFACS, como requisito 
avaliativo parcial da I unidade. 
Docente: Mariana Lima Acioli Murari. 
 
 
 
Salvador, 2019 
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Sumário 
 
 
1. OBJETIVO ............................................................................................................ 4 
2. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 5 
2.1 Aspen Plus................................................................................................... 5 
3. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA ................................................................ 6 
4. RESOLUÇÃO DO PROBLEMA ........................................................................ 6 
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 29 
6. REFERÊNCIAS .................................................................................................. 30 
 
 
 
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1. OBJETIVO 
Este tutorial tem por objetivo resolver um problema de engenharia, envolvendo um reator 
PFR, utilizando o simulador Aspen Plus V8.8. Através da simulação e dos cálculos, é possível 
determinar uma maneira de otimizar a conversão do processo que está abaixo do esperado variando 
as dimensões do reator, como a comprimento e o diâmetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. INTRODUÇÃO 
 
Reatores químicos são equipamentos fechados, projetados para conter reações químicas em 
escala laboratorial e/ou escala industrial. Podem ser classificados quanto ao seu modo de 
funcionamento, que são: Reatores em batelada utilizados para processo em pequena escala e podem 
obter altas conversões, os reatores com escoamento contínuo que geralmente são usados em regime 
estacionário. Existem vários tipos de reatores com escoamento contínuo, são eles: Reator contínuo 
de tanque agitado (CSTR) Reatores tubular (PFR) e Reator de leito fixo (PBR). 
O Reator tubular (PFR) consiste em um tubo cilíndrico que atua em regime estacionário e são 
usados com maior frequência em fase gasosa, sem agitação, com tempo de residência fixo e as 
partículas escoam com a mesma velocidade na direção do fluxo. 
Existem duas equações utilizadas para o dimensionamento dos seus volumes, a equação 1 que 
é calculada de forma direta, por diferenciação de volumes e a equação 2 a partir de um balanço molar 
para a espécie j em um segmento diferencial do volume e seleciona-se um volume ∆V suficientemente 
pequeno para que não haja variações na velocidade de reação. 
 
 Cálculos para um reator PFR: 
2.1 ASPEN PLUS 
Uma maneira de aperfeiçoar os equipamentos já instalados é utilizando programas 
computacionais para simulação, que geram condições operacionais melhores sem a necessidade de 
realizar testes em uma planta real, tornando a obtenção dos resultados mais rápida e econômica. 
Existem diversos simuladores comerciais como Aspen Hysys, Chem CAD, Ansys CFX., entretanto, 
nesse tutorial, foi utilizado o Aspen Plus V8.8. 
O software Aspen Plus é um programa computacional de simulação que vêm sendo muito 
utilizado nas indústrias devido à sua capacidade de prever comportamentos e simular cenários de 
processos industriais, podendo auxiliar na sua otimização, no dimensionamento de equipamentos, na 
análise de custos, entre outros. 
Equação 3 
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No presente trabalho o software será aplicado para simulação de um reator PFR que produz 
metano a partir da acetona. 
 
3. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA 
 
O modelo PFR é usado para prever o comportamento de reatores químicos de tal projeto, de 
modo que variáveis do reator como as dimensões do reator, possa ser estimada. 
Uma empresa trabalha com a formação de metano a partir da acetona utilizando um reator do 
tipo PFR. O engenheiro de produção realizou uma última análise na conversão da acetona em metano 
e notou que a conversão atual está muito abaixo do esperado, portanto ele solicita a você que encontre 
uma maneira de otimizar essa conversão. 
Os dados de operação atual deste reator são a seguinte: alimentação de 8000kg/h de acetona 
a uma temperatura de 1035K e pressão de 1,6atm. Reator PFR adiabático, com 1,5 m de comprimento 
e 1 m de diâmetro. A reação é: 
CH3COCH3 → CH2CO + CH4. 
Com a constante de velocidade de reação = 1,125, To = 1000K e energia de ativação de 67999 
cal/mol. 
 
4. RESOLUÇÃO DO PROBLEMA 
Para resolução do problema descrito acima em condições estudadas e pré-estabelecidas, foi 
utilizado o software Aspen Plus V8.8. Segue, abaixo, o tutorial passo a passo do processo de 
simulação da reação proposta e cálculo do rendimento, a partir do software indicado. 
1º Passo: Inicialmente, insira na aba de pesquisa “Aspen Plus V8.8” e clique para abrir o programa. 
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2º Passo: Uma vez que o programa abra, clique em “New”. 
 
 
3º Passo: Clique então em “Blank Simulation” e logo em “Create” para criar uma nova simulação. 
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4º Passo: Agora é necessário entrar com as substâncias que serão utilizadas no processo, a partir do 
banco de dados do simulador. Para isso, comece clicando em “Find” para encontrar as substâncias 
desejadas. 
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5º Passo: Comece verificando se a opção “Contains” está selecionada. Caso não, selecione a opção. 
Logo ao lado dessa opção, escreva a substância que procura. Clique então em “Find now”, selecione 
a substância na caixa de dados e clique em “Add select compounds” para adicionar a substância ao 
processo. 
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6º Passo: Confira abaixo os nomes e fórmulas das substâncias que deverão ser utilizadas para a 
simulação apresentada. 
 
 
7º Passo: O próximo passo é a escolha do método. Para isso, selecione no lado esquerdo da tela a aba 
“Methods”. A tela abaixo irá aparecer. Em “Method name”, selecione o método que será utilizado 
nessa simulação. Nesse caso será “SYSOP0”, pois iremos considerar um comportamento ideal para 
os gases do processo. Em seguida daremos início à simulação em si. Para isso, no canto inferior 
esquerdo da tela clique em “Simulation”. 
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8º Passo: Uma vez clicado em “Simulation”, a tela abaixo irá aparecer. Agora é hora de escolher o 
reator que será utilizado. Na aba inferior da tela clique em “Reactors” e escolha “RPlug”, que 
representa um reator PFR. 
 
 
 
9º Passo: Uma vez escolhido o reator, clique na área de trabalho uma vez com o botão esquerdo do 
mouse, e logo em seguida clique com o botão direito, para garantir que apenas um reator seja 
adicionado à área de trabalho. Posteriormente, clique em “Material” na aba inferior para adicionar aoreator as correntes de entrada e saída. 
 
 
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10º Passo: Uma vez selecionado “Material” irá aparecer no reator setas vermelhas e azuis. Clique na 
seta vermelha do lado esquerdo do reator com o botão esquerdo do mouse e arraste para adicionar a 
corrente de entrada. Faça o mesmo com a seta vermelha do lado direito do reator. Após esse processo, 
assegure-se de apertar o botão direito do mouse para evitar adicionar mais correntes na área de 
trabalho. 
 
 
11º Passo: A figura abaixo exemplifica o reator uma vez que adicionada as correntes. 
 
 
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12º Passo: Caso ache necessário, é possível renomear as correntes de entrada e saída assim como o 
reator. Conforme figura abaixo, a corrente de entrada foi renomeada para “Entrada”, corrente de saída 
para “Saída” e reator PFR para “Reator”. Esse passo foi feito com o intuito de facilitar o entendimento 
dos resultados da simulação. Em seguida é hora de adicionar os dados de entrada do reator. Para isso 
clique duas vezes na corrente de entrada, conforme ilustrado abaixo. 
 
 
13º Passo: Você então chegará à uma tela como ilustrada na figura abaixo. Em “Flash Type” 
selecione “Temperature” e “Pressure”, pois são esses os dados fornecidos no problema. Em “State 
variables” e “Composition” é possível fornecer os dados de entrada conforme mostrado abaixo. 
Atente-se às unidades de medida. 
 
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14º Passo: Na lateral esquerda da tela clique em “Blocks” para alterar os dados do reator e 
dimensiona-lo. Uma tela como mostrado abaixo irá aparecer. Clique então em “Edit”. 
 
 
15º Passo: Em “Specifications” escolha em “Reactor type” a opção “Adiabatic reactor”. 
 
 
16º Passo: Clique agora em “Configuration” para dimensionar o reator. É hora de adicionar o 
comprimento e diâmetro do reator. Em “Length” e “Diameter” entre com os valores fornecidos na 
questão e ilustrados na figura abaixo. Na aba “Valid phases” escolha a opção “Vapor-Only” ao lado 
de “Process stream”. 
 
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17º Passo: Na aba “Reactions” será selecionada a reação que deverá ser incluída no processo. Clique 
em “New” e escolha o nome desejado para a reação que será criada. 
 
 
 
18º Passo: Escolha então o modelo “POWERLAW”. 
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19º Passo: No lado esquerdo da tela clique em “Reactions” para editar a reação que será utilizada. 
 
 
20º Passo: Uma tela como a ilustrada abaixo irá aparecer. Clique agora em “Edit”. 
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21º Passo: Na aba “Stoichiometry” clique em “New” para adicionar a estequiometria da reação. A 
reação é considerada de 1ª ordem para acetona, por isso adicione os dados como indicados na figura 
abaixo. Lembrando de adicionar em “Reactants” apenas os reagentes da reação e em “Products” 
apenas os produtos. Por último clique em “N” para ir ao próximo passo. 
 
 
22º Passo: Na aba “Kinetic” adiciona-se os dados cinéticos da reação. Primeiro em “Reacting phase” 
escolha a opção “Vapor”. Em “Power Law kinetic expression” adicione os dados concedidos na 
questão, conforme mostrado na figura abaixo. 
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23º Passo: Antes de rodar a simulação clique em “Control Panel”. Assim é possível acompanhar 
qualquer erro ou falha que haja no processo. Em seguida clique em “Run”. 
 
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24º Passo: No lado esquerdo da tela clique em “Stream Results” para encontrar os resultados da 
simulação. 
 
 
 
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25º Passo: A figura abaixo mostra os dados obtidos de entrada e saída do processo. 
 
 
 
𝑋 = 1 − |
𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒
| 
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Para o reator simulado: 
1 − |
113.327
137.741
| 𝑋 100% 
: 17,72% 
26º Passo: O comprimento e a área do reator implicam numa maior ou menor conversão do processo. 
Assim, no lado esquerdo da tela selecione “Reator” ou o nome escolhido para o seu reator. Em 
“Length” e “Diameter” modifique para o novo comprimento e diâmetro, respectivamente. 
 
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27º Passo: Novamente clique em “Control Panel” e depois em “Run” para simular novamente. 
 
 
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28º Passo: No lado esquerdo da tela, selecione “Stream Results”. 
 
𝑋 = 1 − |
94.2762
137.741
| ∴ 31,55% 
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5. CONCLUSÃO 
A partir dos estudos realizados, podemos ver a importância do software Aspen Plus V8.8, pois 
através dele podemos simular os cálculos matemáticos necessários para otimização dos processos 
desejados, além de da importância em ajudar desenvolvimentos de pesquisas e trabalhos. No processo 
escolhido, foi comprovado que ao aumentar o comprimento do Reator PFR, aumentamos também a 
sua conversão, que passou de 17,72% para 31,55%. Parâmetro muito desejado nos processos 
industriais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. REFERÊNCIAS 
• FOGLER, H. Scott. Elements of chemical reaction engineering. 3rd. ed. New Jersey: Prentic 
Hall PTR, c1999. 965 p. 
• Simulation Using PFR (Aspen Plus). Disponivel em: 
<https://pt.scribd.com/document/223520544/Simulation-Using-PFR-Aspen-Plus>. Acesso 
em: 18/03/2019. 
• HIMMELBLAU, D. M.; RIGGS, J. L. Engenharia química: princípios e cálculos. 7. ed. RJ: 
LTC.. 
• Serviço social da Indústria. Reatores químicos. 2015. Salvador, BA. 
• Gil, M. Breve introdução ao Aspen Plus. Instituto Superior Técnico. 1998.