ENGENHARIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS I Cap. 7 – Combinação de reatores 7.1 – Comparação de reatores Luis Rafael Bonetto
[email protected] Sala G-103 2017/4
PROGRAMAÇÃO •
Comparação de equações de desempenho;
•
Análise gráfica; o
•
Determinação do desempenho do reator pela representação gráfica;
Principais conclusões a respeito.
Não esqueçam de olhar o item 6.1 do Cap. 6 do Levespiel e tópicos do Cap. 2 do Fogler.
COMPARAÇÃO DE REATORES Para uma determinada tarefa, a razão de capacidades entre o reator de mistura perfeita e o pistonado dependerá do grau de avanço (extensão da reação), da estequiometria, e da forma da equação de taxa.
Existem diversas formas de comparar a capacidade de reatores CSTR e PFR: 1)
Realizando os cálculos através das equações de desempenho (todos os dados);
2)
Pela comparação das equações de desempenho;
3)
Através de análise gráfica.
COMPARAÇÃO DE REATORES Comparação de equações:
CSTR
PFR
Equação geral de desempenho
Equação geral de desempenho
0 0
න 0 0 0 − Para uma taxa de reação geral, + 1 1 1 0 0 0 0− 1 0 0− න0 1 Dividindo as duas equações, tem-se:
1 − 0 0 0 1 1 0 − 0 0 1
COMPARAÇÃO DE REATORES Principais soluções:
Se εA = 0 (solução geral)
Com εA = 0 en=1
Com εA = 0 en≠1
− 0 0 0 1 0 − 0 0 0 1 − 0 0 0 1 0 − 0 0 ln 1 − 0 0 0 1 − 1 1 0 − 0 0 1
COMPARAÇÃO DE REATORES Gráfico comparativo de desempenho de reatores CSTR e PFR (mesmas quantidades de uma mesma alimentação)
Alta conversão X = 0,99
Baixa conversão XA = 0,0
COMPARAÇÃO DE REATORES Outra análise que pode ser feita é a partir da representação gráfica das equações de desempenho. Caso geral
CSTR
PFR
COMPARAÇÃO DE REATORES Outra análise que pode ser feita é a partir da representação gráfica das equações de desempenho. A volume constante
CSTR
PFR
COMPARAÇÃO DE REATORES Outra análise que pode ser feita é a partir da representação gráfica das equações de desempenho. PFR com reciclo
Altura média
COMPARAÇÃO DE REATORES Outra análise que pode ser feita é a partir da representação gráfica das equações de desempenho. PFR com reciclo Pequeno reciclo
Grande reciclo
COMPARAÇÃO DE REATORES PFR: integração gráfica → regra de Simpson!
0 0 න
න 0 0 0 ℎ න 3 ℎ 0
2 ℎ 0 0 න0 3 ℎ 0 0 න 3
0 4
1 1
0 ℎ 1 4 =0 4 1 =
1 = 1 =
= =
COMPARAÇÃO DE REATORES A análise pela representação gráfica permite realizar outras conclusões de modo bastante rápido e instintivo.
Analisando a equação de velocidade (-r A) = k CAn, pode-se perceber que ela é função da ordem da reação (n), e sendo assim três situações distintas podem existir:
COMPARAÇÃO DE REATORES Em termos do inverso da taxa:
COMPARAÇÃO DE REATORES Para reações isotérmicas de ordem maior que zero, o volume do CSTR será sempre maior que o volume do PFR, para a mesma conversão e condições de reação (temperatura, vazão, etc.).
COMPARAÇÃO DE REATORES Além disso, pode-se concluir que:
1) Quanto maior o nível de conversão desejado para uma reação química, maior a diferença entre VM e VT para n > 0 ou n < 0.
2) Para reações de ordem zero: os volumes sempre serão iguais, desde que a lei da velocidade seja a mesma.
Relação análoga se estende à conversão: para reatores de mesmo volume, XAM < XAT para n > 0, XAM = XAT para n = 0 e XAM > XAT para n < 0.
REFERÊNCIAS •
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FOGLER, H. Scott. Cálculo de Reatores - O Essencial da Engenharia das Reações Químicas. LTC, 05/2014. VitalSource Bookshelf Online FOGLER, H. Scott. Elementos de engenharia Rio de Janeiro: LTC, c2009. xxix, 853 p. LEVENSPIEL, Octave. Blücher, 2000. 563 p.
das relações químicas. 4. ed.
Engenharia das reações químicas. São
Paulo: E.
