CINETICA 2

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A HETEROGENEOUS CHEMICAL REACTOR ANALYSIS 
AND DESIGN LABORATORY: THE KINETICS OF 
AMMONIA DECOMPOSITION
JASON C. GANLEY.
DEPARTMENT OF CHEMICAL AND BIOLOGICAL ENGINEERING, COLORADO SCHOOL OF MINES,1613 ILLINOIS STREET, GOLDEN, CO, USA
A HETEROGENEOUS CHEMICAL REACTOR ANALYSIS AND DESIGN 
LABORATORY: THE KINETICS OF AMMONIA DECOMPOSITION
Universidade Salvador - Unifacs
Curso: Engenharia Química
Disciplina: Cinética e Reatores Heterogêneos
Nome dos alunos: Danrley Rios
Emiliele Caldas
Isabelle Couto
Itala Ferreira
Marcela Sobral
Nome do professor: Leila Campos
Data: 19/11/2018
SUMÁRIO
1. MOTIVAÇÃO DO TRABALHO E OBJETIVO GERAL .................................................................. 4
2. RESUMO .................................................................................................................................................. 5
3. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 6 - 7
4. APARATO EXPERIMENTAL E OPERAÇÃO DE MÉTODOS ....................................................... 8
5. MÉTODOS DE ANÁLISE DE DADOS E MODELAGEM DE REAÇÃO ............................ 9 – 12
6. OBSERVAÇÕES DO TRABALHO DO ALUNO E FEEDBACK DO MÓDULO ........... 13 – 14
7. CONCLUSÃO ....................................................................................................................................... 15
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................... 16
9. AGRADECIMENTOS ........................................................................................................................... 17
MOTIVAÇÃO DO TRABALHO E OBJETIVO GERAL
 Os estudos cinéticos vêm crescendo de maneira significativa;
 Estudo da cinética heterogênea apresentou-se extremamente viável.
Muitos ramos desse segmento ainda necessitam de maior
aperfeiçoamento;
 Como objetivo geral, tem-se em mente o estudo cinético da
decomposição da amônia sob inúmeras condições pré-estabelecidas.
RESUMO
 Módulo de práticas para estudantes de engenharia;
 Dados experimentais de baixa conversão;
 Equipe de alunos recebem as condições pré-estabelecidas;
 Análise de taxa de reação;
 Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW).
INTRODUÇÃO
 Faculdade de ‘Chemmical and Biological Engineering
department’ na ‘Colorado School of Mines (CSM)’;
 Conceitos abstratos na prática, trazer princípios do curso de
forma abrangente e preencher lacuna presente em
experimentos de cinética;
 Breve período de tempo,“forte” e de baixo custo;
 2NH3 → N2 + 3H2 uma reação ideal para um
experimento introdutório;
Figura 1. Símbolo da ‘Colorado 
School of Mines (CSM)’.
INTRODUÇÃO
 Combinação laboratorial, computacional e experimental para estudo de
eletrodeposição de cobre a partir de soluções ácidas, com foco sobre
isolamento de condições para limitações de transferência de massa
(VazquezArenas et al., 2009);
 Oxidação catalítica do metano sobre o suporte de alumina platina
(Cybulskis et al., 2016);
 O módulo experimental da decomposição da amônia representa um
avanço inovador.
APARATO EXPERIMENTAL 
E OPERAÇÃO DE 
MÉTODOS
 O laboratório Reaction
Kinetics na CSM;
 Os gases NH3, H2 e N2;
 TCD, Thermco Instrument
Corporation; 
7000HN100D1E);
 Ru, Fe / Cr, Ni, and Co;
 Rutênio e ferro/cromo são 
obtidos comercialmente;
 Cada catalisador consiste em 
metal finamente disperso 
apoiado em pellets de 
alumina porosa de 3 mm.
Figura 2. Esquema simplificado para um sistema de reator.
MÉTODOS DE ANÁLISE DE DADOS E MODELAGEM DE 
REAÇÃO
 Completar o conjunto de doze ensaios experimentais na temperatura 
especificada dentro de cerca de 90min;
 Reprodutibilidade dos dados;
 Para manter baixa conversão de reatores, equipes operando em maiores 
temperaturas usam maiores taxas de fluxo de gás em relação àquelas a 
temperaturas mais baixas.
MÉTODOS DE ANÁLISE DE DADOS E MODELAGEM DE 
REAÇÃO
 Langmuir – Hinshelwood – Hougen – Watson (LHHW)
1. NH3 → NH3,ad
2. NH3,ad → 3 Had + Nad
3. 3Had →
3
2
H2
4. Nad →
1
2
N2
MÉTODOS DE ANÁLISE DE DADOS E MODELAGEM DE 
REAÇÃO
Figura 3. Medidas e taxas calculadas de decomposição de amônia sobre o 
catalisador Ru exibido como um gráfico de paridade.
Tabela 1. Especificações experimentais e tabelas de resultados 
para uma equipe de alunos.
MÉTODOS DE ANÁLISE DE DADOS E MODELAGEM DE 
REAÇÃO
 Tratativa de dados
• Equação de Arrhenius
• Avaliação da qualidade de dados
Figura 4. Equação de Arrhenius.
OBSERVAÇÕES DO TRABALHO DO ALUNO E FEEDBACK DO 
MÓDULO
 ‘Mão na massa’ do trabalho X Tempo gasto realizando análises computacionais e 
modelagem;
 Gravador de dados/organizador do estudo, um controlador de taxa de fluxo e um 
seletor de by-pass no reator;
 Ambiente de laboratório muito produtivo;
 Após várias palestras com foco em catálise e reatores catalíticos;
 Técnicas de uso experimental de dados para determinar leis de taxas características;
 Feedback muito positivo.
OBSERVAÇÕES DO TRABALHO DO ALUNO E FEEDBACK DO 
MÓDULO
1. O que foi bom ou ruim sobre a experiência em laboratório?
 “As instruções foram muito claras e os diagramas foram muito útil. ”
 “O equipamento era fácil de entender e simples de usar. Gostei de ver o sistema responder rapidamente às nossas
alterações. Laboratório divertido!“
 “A planilha de dados padronizada foi muito útil e os TAs fizeram um ótimo trabalho de compilar todos os dados.”
 “Eu gostei de ver uma reação química real em andamento! Isso fez as palestras mais significativas para mim.”
2. O que foi bom ou ruim na análise de dados e redação experiência?
 “Trabalhar com grandes quantidades de dados de todos ajudou nós criamos uma lei de taxas com um alto grau de
confiança ”.
 “A análise que realizamos combinou muito bem com o que nós aprendi a fazer nas palestras pré-laboratório ”.
 “Algumas tentativas e erros foram necessários para construir o modelo, e demorou muito para analisar os dados. ”
 “Foi fácil ver como essas técnicas podem funcionar projetando um reator no mundo real. ”
 “Nós tínhamos muitos recursos de software disponíveis para fazer o análise correta. ”
CONCLUSÃO
 O módulo de reator químico heterogêneo descrito aqui fornece ilustra
claramente os muitos benefícios de fornecer alunos com experiências
práticas e focadas que demonstram conceitos específicos de cursos de
palestras;
 Esse sistema simples, flexível, confiável e sistema experimental seguro
que é facilmente construído e replicado para uso de alunos de graduação
matriculados em cinética e cursos de design de reatores.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 Fogler. Elementos de Engenharia das Reações Químicas, LTC, 3ª ed., Rio de Janeiro,
2002.
 A HETEROGENEOUS CHEMICAL REACTOR ANALYSIS AND DESIGN
LABORATORY: THE KINETICS OF AMMONIA DECOMPOSITION.
<https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1749772817300416>. Acesso
em: 11/11/2018.
AGRADECIMENTOS
 Agradecemos a instituição de ensino por ceder-nos espaço e material
necessário para construção da apresentação, assim como a professora
Leila Maria, por dispor do seu tempo a fim de desenvolver atividades
lúdicas e intuitivas, tornando absorção do conteúdo muito mais
dinâmica.