Aula 3 - Conversão e Estequiometria

Prévia do material em texto

Reatores Químicos I
Aula iniciará às 19:15 h
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
Endereço: https://servicos.ulbra.br/ava/login/ 
Você necessita acessar seu email 
nome@rede.ulbra.br
Na plataforma já tem material disponível!!!
Aula 3
Conversão e Estequiometria
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
felipemachado@rede.ulbra.br
 
(51) 9 9603 6084
Atenção! Utilizar o Grupo da Disciplina no WhatsApp.
Regras:
Somente assunto da Disciplina deve ser discutido e compartilhado.
Memes, GIFs e Stickers são aceitos. Com responsabilidade! 
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
Cinética e Cálculo de Reatores
Conversão e Estequiometria
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
3. Conversão ():
3.1 Como podemos quantificar o progresso de uma reação?
A conversão é o número de mols de A que reagiriam por mol de A alimentados no sistema.
Onde:
  número de mols de A em t
  número de mols de A em t = 0
Acompanhe no Livro:
Fogler – pg 29-30 e 78-84
Levenspiel – pg 31-33 e 70-72
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
3. Conversão ():
Normalmente, escolhe-se um reagente limitante como base de cálculo;
Em reações irreversíveis, a conversão máxima é 1,0;
Em reações reversíveis, a conversão máxima é a conversão de equilíbrio ()
3.1 Como podemos quantificar o progresso de uma reação?
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
3. Conversão ():
3.2 Equilíbrio químico – Constante de equilíbrio cinético
Considere a seguinte reação reversível elementar:
Taxa de desaparecimento de A pela reação direta: 
Taxa de formação de A pela reação inversa: 
Taxa líquida de desaparecimento de A: 
No equilíbrio: 
A + B		C + D
Lembrando que, devido a temperatura gerar impactos diferentes nas duas reações (direta e inversa), a constante de equilíbrio altera quando a temperatura varia.
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.1 Introdução
Visto que a equação de taxa é expressa em função das concentrações, faz-se necessário defini-la em função da conversão para viabilizar o dimensionamento dos reatores.
A taxa depende de mais de uma espécie. Sendo assim, precisamos relacioná-las entre si com o auxílio de estequiometria.
Considere:
Divisão pelo reagente padrão para a base de cálculo
Reagente limitante ou mais caro, por exemplo
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.2 Para Reator em Batelada
Normalmente são reatores usados para produção de especialidades químicas e para fornecer os dados necessários para a lei de velocidade e parâmetros para sua expressão, como k (constante cinética).
	Espécie	Número inicial de mols	Variação de mols	Número final de mols
	A			
	B			
	C			
	D			
	I		---------	 (Inerte)
	Total		 	
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.2 Para Reator em Batelada
Devido à frequência de aparição nos cálculos, simplifica-se:
Logo,
Como,
Escreve-se:
 
(Sistema Batelada)
= Volume da mistura reacional
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.2 Para Reator em Batelada
Devido à frequência de aparição nos cálculos, simplifica-se:
Considerando:
Temos,
= 
 
Multiplica e divide por 
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.2 Para Reator em Batelada
Exercício 1
Considerando a reação elementar A + B  C + D e o componente A como reagente limitante, expresse e em função de e .
Resposta:
 
 
, com
, com
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.2 Para Reator em Batelada
Exercício 2
Expresse a equação da taxa para a reação elementar A + B  C + D a volume constante e tendo A como o componente limitante em função da conversão.
Resposta:
k 
 
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
As equações estequiométricas são quase idênticas ao sistema batelada, exceto pelas seguintes substituições:
Batelada
Contínuo
Correlação entre e 
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
As equações estequiométricas são quase idênticas ao sistema batelada, exceto pelas seguintes substituições:
TEMPO
Onde:
 : Taxa molar alimentada de A [mol/s]
 : Taxa molar na saída de A [mol/s]
 : Taxa volumétrica de alimentação [m³/s]
 : Taxa volumétrica na saída [m³/s]
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
Para líquidos, a variação de volume, quando não há mudança de fase, é desprezível:
Logo,
As equações serão as mesmas do sistema batelada com volume constante
 
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
Para sistemas gasosos, pode ser calculada a partir da temperatura e da pressão, usando a lei dos gases ideais:
Logo,
R = 8,314 kPa.dm³/mol.K
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
Exemplo:
Um gás puro A, a 830 kPa (8,2 atm), entra em um reator com uma vazão volumétrica, , de 2 dm³/s a 500 K. Calcule a concentração de entrada de A, , e a vazão molar de entrada, .
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
Exemplo:
Um gás puro A, a 830 kPa (8,2 atm), entra em um reator com uma vazão volumétrica, , de 2 dm³/s a 500 K. Calcule a concentração de entrada de A, , e a vazão molar de entrada, .
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado
4. Estequiometria:
4.3 Para Reator Contínuo
Exemplo:
Um gás puro A, a 830 kPa (8,2 atm), entra em um reator com uma vazão volumétrica, , de 2 dm³/s a 500 K. Calcule a concentração de entrada de A, , e a vazão molar de entrada, .
Reatores Químicos I – Aula 3
Prof. Msc. Eng. Felipe D. Machado