Reatores não-isotérmicos - Reator PFR com troca de calor e fluido de troca térmica

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Curso: Engenharia Química 
Professora: Patricia Yassue Cordeiro 
Disciplina: Reatores Químicos e bioquímicos 
 
 
Reatores não-isotérmicos – Reator PFR com troca de calor e conversão 
de equilíbrio 
 
Exercício 1) Considere a reação de isomerização do n-butano em fase líquida: 
𝑛 − 𝐶4𝐻10 ⇌ 𝑖 − 𝐶4𝐻10 
Faça um gráfico da conversão de equilíbrio como uma função da temperatura. 
(a) Combine a equação da taxa e a tabela estequiométrica para escrever -rA como uma 
função de k, CA0, X e Xe. 
(b) Determine a temperatura de equilíbrio adiabática e a conversão quando A puro é 
alimentada no reator a uma temperatura de 300 K. 
(c) Qual é o volume do CSTR para alcançar 90% da conversão de equilíbrio 
adiabática quando a vazão volumétrica inicial for de 5 dm³/min? 
(d) Se o Xe obtido em uma operação adiabática for muito baixo, o que pode ser feito 
para tentar aumenta-lo e tornar o processo economicamente viável? 
 
Dados adicionais: 
𝐻𝐴
° (298𝐾) = −40000
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
 𝐻𝐵
° (298𝐾) = −60000
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
 
𝐶𝑃𝐴 = 50
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
𝐾 𝐶𝑃𝐵 = 50
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
𝐾 
𝐾𝑒 = 100000 𝑎 298 𝐾 𝑘 = 10−3𝑒𝑥𝑝 (
𝐸
𝑅
(
1
298
−
1
𝑇
) 𝑚𝑖𝑛−1) 𝑐𝑜𝑚 𝐸 = 10000
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
 
 
Respostas: a)−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴0 (1 −
𝑋
𝑋𝑒
) ; b)Xe=0,42; Te=465K; c) 63dm³; d) Alterar T0 ou 
adicionar inertes. 
 
Exercício 2) Use os dados dos Exercícios 2 e 3 da “Lista Reatores não-isotérmicos - 
Balanço e operação adiabática” da Aula 03, para o caso em que o calor é removido por 
um trocador de calor encamisando o reator. A vazão de refrigerante através da camisa é 
suficientemente alta, de modo que a temperatura interna do trocador é constante, 
 
 
Curso: Engenharia Química 
Professora: Patricia Yassue Cordeiro 
Disciplina: Reatores Químicos e bioquímicos 
 
 
Ta=50
oC. Faça um gráfico dos perfis de temperaturas e de concentrações para um PBR 
com 
𝑈𝑎
𝜌𝑏
= 0,08
𝐽
𝑠. 𝑘𝑔 𝑐𝑎𝑡. 𝐾
 
Em que 
ρb = massa especifica aparente do catalisador (kg/m
3) 
𝑎 = área de transferência de calor por unidade de volume de reator (m2/m3) 
U = coeficiente global de transferência de calor (J/s.m2.K).