ALGUMAS QUESTÕES (NÃO TRABALHADAS) Quando a difusão interpartícula e/ou na camada limite ao redor do catalisador: Quanto aos modelos matemáticos dos processos de difusão aplicados a reação química podemos afirmar: a) No modelo matemático simplificado de contradifusão equimolar para cada mol de A difundindo em uma direção há um mol de B difundindo em direção contrária. A equação que representa este processo é: WA = - cDAB ∇yA b) No modelo matemático simplificado de concentração diluída, a fração molar do soluto e o fluxo convectivo (BA) na direção da difusão são pequenos. A equação que representa este processo é WA = - cDAB ∇yA c) A difusão através de um fluido estagnado pode ser usado quando 2 fases estão presentes. Como exemplo evaporação ou absorção de gás em um líquido estagnado são típicos. Se B é o líquido estagnado temos; WA = cDAB ∇ ln(yB). d) o modelo matemático simplificado representado. a convecção forçada quando existe escoamento de A em uma direção devido à convecção forçada, a contribuição da difusão é pequena. WAz ≅ CA V = (ν / A) CA 1) Avalie as considerações abaixo sobre transporte de massa com e sem reação. a. A difusão de um soluto em um fluido estagnado ocorre quando duas fases estão presentes. A transferência de massa na camada limite do catalisador é um exemplo onde este modelo pode ser aplicado. b. No modelo de convecção forçada o fluxo difusivo pode ser desprezado para modelos unidirecionais na mesma direção do fluxo convectivo. c. A espessura da camada limite de transferência de massa é a distância do objeto sólido até onde a concentração da espécie que está difundindo atinge 99% da concentração bulk. Ela será maior quanto maior for o diâmetro da partícula e menor a velocidade velocidad e superficial 2) Avalie as considerações abaixo sobre transporte de ma ssa em reatores catalíticos. a) Em um reator de leito fixo o fluxo convectivo é importante pois influencia na espessura da camada limite. Seu aumento promove o aumento a velocidade de reação controlada por efeitos difusivos na interface externa sólido fluido. b) O número de Schmidt relaciona forças viscosas com forças difusivas. E o número de Sherwood relaciona o coeficiente de transferência de massa e o diâmetro da partícula com a difusividade. c) A correlação de Thoenes Kramers é utilizada para avaliar a transferência de massa em reatores de leito de recheio. A porosidade do leito, a velocidade superficial do fluido e a forma da partícula de catalisadores são parâmetros considerados nesta correlação e que usa os números de Reynolds e Sherwood modificados, em seu cálculo. Sobre os modelos difusivos estudados e as simplificações desenvolvidas nas equações podemos afirmar que: 3) Avalie as considerações abaixo sobre transporte de massa em reatores catalíticos. a. O fator "J" de Colburn é utilizado tanto para reatores de leito fluidizado quanto para leito fixo. O fator leva em consideração os seguintes números adimensionais utilizados na transferência de massa (Reynolds, Schmidt e Sherwood). b. Na produção de ácido nítrico utiliza-se telas finas de platina e ródio para oxidação. ox idação. A reação é controlada por fluxos fluxo s difusivos na camada limite ao redor dos fios metálicos.
c. 4) Avalie as considerações abaixo sobre transporte de massa em reatores catalíticos. a) Os principais tipos de reatores multifásicos são: reatores de leito de lama, reatores de leito fluidizado e reatores de leito gotejante. Uma das etapas deste transporte é a difusão do gás para a fase líquida, desde a superfície da bolha para o interior do líquido; b) Em um reator de leito fixo o fluxo convectivo é importante pois influencia na espessura da camada limite. Seu aumento promove o aumento a velocidade de reação controlada por efeitos difusivos na interface externa sólido fluido. c) Os sistemas de difusão em catalisadores podem ser simplificados para difusão binária. Dois modelos que produzem a mesma equação são os de equimolar em contracorrente e o de soluções diluídas. 5) Avalie as considerações abaixo sobre transporte de massa em reatores catalíticos. a) A taxa de reação em um reator de recheio dominado por efeitos difusivos na camada limite é função do módulo de Thiele. O critério de Mears é usado para verificar se a transferência de massa para a superfície do catalisador pode ser desprezada. b) A taxa de reação em um sistema dominado por efeitos difusivos no interior do pellet de catalisador é função do módulo de Thiele. O critério de Weisz-Prater é utilizado para determinar se a difusão interna está controlando a taxa da reação. As questões seguintes referem-se ao processo de produção de LAB. 6) Na unidade de produção de LAB/LAS os processos Pacol, Define e Molex são muito importantes. Quanto a eles podemos afirmar: a) A diolefinas formadas são tratadas no processo Define que usa níquel como catalisador e no processo Unifining para preparar a carga para Molex e da Pacol. b) O processo Molex usa zeólitas para adsorção física da n-parafina, simulando um leito móvel, onde as n-parafinas são separadas da corrente de querosene. c) O processo Pacol promove a desidrogenação de n-parafinas sobre catalisadores contendo platina suportada sobre alumina. O produto da reação é separado e sofre uma desidrogenação seletiva para recuperar as diolefinas. 7) Na unidade de produção de LAB, a) O processo Detal substitui os processos de ClAl3 e HF na alquilação do benzeno para formar LAB. b) No processo Define, diolefinas são seletivamente hidrogenadas e o produto segue querosene por hidrogenação. c) O reator trickle bed é usado no processo da Define para tratamento do querosene utilizando catalisadores de níquel. 8) a) A conversão do reagente no processo Pacol é menor que 15% e ocorre sobre catalisadores de platina. b) O reator radial é usado no processo da Pacol para aumentar a velocidade superficial e diminuir a formação de coque. c) Na Unifining os problemas são de transferência de massa são agravados devido a característica trifásica do sistema
9) Quanto a difusão nos poros de um catalisador podemos afirmar:
a) A difusividade efetiva é função da tortuosidade dos poros, do fator de constrição, da difusividade do reagente e da porosidade da partícula do catalisador e pode assumir valores maiores que um, caso elevemos a temperatura em uma reação endotérmica. b) Quando o Módulo de Thiele é grande, a reação é limitada pela difusão, n 1 kR 2 S a p C As pois a difusividade é pequena. Se aumentarmos suficientemente a 2 De velocidade superficial do reagente, o regime passa a ser controlado pela reação. c) A difusividade efetiva é função da tortuosidade dos poros, do fator de constrição, da difusividade do reagente e da porosidade da partícula do catalisador e pode assumir valores maiores que um, caso elevemos a temperatura em uma reação endotérmica
10) Sobe transporte de massa em sistemas catalíticos porosos. a) Em reações não isotérmicas, o fator de efetividade “” pode variar fortemente com o número de Arrhenius e com os parâmetros " ᵦ" e " ". O “” pode atingir valores muito maiores que 1 em reações exotérmicas. O " ᵦ " relaciona a variação máxima da temperatura no catalisador (interior e superfície). E " " é o número de Arrhenius e depende da energia de ativação da reação. b) A taxa de reação em um reator de recheio dominado por efeitos difusivos na camada limite é função do módulo de Thiele. O critério de Mears é usado para verificar se a transferência de massa para a superfície do catalisador pode ser desprezada. c) A taxa de reação em um sistema dominado por efeitos difusivos no interior do pellet de catalisador é função do módulo de Thiele. O critério de Weisz-Prater é utilizado para determinar se a difusão interna está controlando a taxa da reação.
11) A difusão na camada limite ao redor de uma partícula de catalisador d. A difusão de um soluto em um fluido estagnado ocorre quando duas fases estão presentes. Evaporação são exemplos de processos onde este modelo pode ser aplicado. Já no modelo de convecção forçada o fluxo difusivo pode ser desprezado em modelos unidirecionais na direção do fluxo convectivo. e. No modelo de convecção forçada o fluxo difusivo pode ser desprezado em modelos unidirecionais na direção do fluxo convectivo. f. A correlação de Thoenes Kramers é utilizada para avaliar a transferência de massa em reatores de leito de recheio. A porosidade do leito, a velocidade superficial do fluido e a forma da partícula de catalisadores são parâmetros considerados nesta correlação e que usa os números de Reynolds e Sherwood modificados, em seu cálculo. g. Em um reator de leito fixo o fluxo convectivo é importante pois influencia na espessura da camada limite. Se aumento promove o aumento a velocidade de reação controlada por efeitos difusivos na interface externa sólido fluido. h. O número de Schmidt relaciona forças viscosas com forças difusivas. E o número de Sherwood relaciona o coeficiente de transferência de massa e o diâmetro da partícula com a difusividade. i. A espessura da camada limite de transferência de massa é a distância do objeto sólido até onde a concentração da espécie que está difundindo atinge 99% da concentração bulk. Ela será maior quanto maior for o diâmetro da partícula e menor a velocidade superficial 12) Sobre os modelos difusivos .... d. O fator "J" de Colburn é utilizado tanto para reatores de leito fluidizado quanto pa ra leito fixo. O fator leva em consideração todo s os números adimensionais utilizados na transferência de massa (Reynolds, Schmidt e Sherwood).
e. Na produção de ácido nítrico utiliza-se telas finas de platina e ródio para oxidação. A reação é controlada por fluxos difusivos na camada limite ao redor dos fios metálicos.. f. O Em um reator de leito fixo o fluxo convectivo é importante pois influencia na espessura da camada limite. Se aumento promove o aumento a velocidade de reação controlada por efeitos difusivos na interface externa sólido fluido. g. A correlação de Thoenes Kramers é utilizada para avaliar a transferência de massa em reatores de leito de recheio. A porosidade do leito, a velocidade superficial do fluido e a forma da partícula de catalisadores são parâmetros considerados nesta correlação e que usa os números de Reynolds e Sherwood modificados, em seu cálculo. h. Em um reator de leito fixo o fluxo convectivo é importante pois influencia na espessura da camada limite. Se aumento promove o aumento a velocidade de reação controlada por efeitos difusivos na interface externa sólido fluido. i. Os sistemas de difusão em catalisadores podem ser simplificados para difusão binária. Dois modelos que produzem a mesma equação são os de equimolar em contracorrente e o de soluções diluídas. j. A espessura da camada limite de transferência de massa é a distância do objeto sólido até onde a concentração da espécie que está difundindo atinge 99% da concentração bulk. Ela será maior quanto maior for o diâmetro da partícula e menor a velocidade superficial. k. A taxa de reação em um reator de recheio dominado por efeitos difusivos na camada limite é função do módulo de Thiele. O critério de Mears é usado para verificar se a transferência de massa para a superfície do catalisador pode ser desprezada. l. A taxa de reação em um sistema dominado por efeitos difusivos no interior do pellet de catalisador é função do módulo de Thiele. O critério de Weisz-Prater é utilizado para determinar se a difusão interna está controlando a taxa da reação. 13) Quanto ao processo de produção de LAB/LAS podemos afirmar: a) Na produção de LAB, a corrente de querosene precisa ser tratada para evitar envenenamento dos catalisadores da Molex e da Pacol. b) O processo Molex usa zeólitas para adsorção física da n-parafina, simulando um leito móvel, onde as n-parafinas são separadas da corrente de querosene. c) O processo Pacol promove a desidrogenação de n-parafinas sobre catalisadores contendo platina suportada sobre alumina. O produto da reação é separado e sofre uma desidrogenação seletiva para recuperar olefinas que sofreram desidrogenação contínua aaté diolefinas, d) Na produção de LAB, a corrente de querosene precisa ser tratada para evitar envenenamento dos catalisadores da Molex e da Pacol. e) O processo Detal substitui os processo de ClAl3 e HF na alquilaão do benzeno para formar LAB f) O processo Molex usa zeólitas para adsorção física da n-parafina. g) Pacol é um processo que .... 14) Descreva os problemas de transferência de massa que ocorrem em um reator trickle bed. Mostre seus conhecimentos explicando cada etapa da transferência de massa desde o bulk até sitio ativo do catalisador. Exemplifique e explique com modelos de processos industriais. Apresente figuras, tabelas, gráficos e que o que mais você achar importante para explicar o fenômeno. 15) Descreva os problemas de transferência de massa em um reator contendo catalisador monolítico. Mostre seus conhecimentos explicando cada etapa da transferência de massa desde o bulk até sitio ativo do catalisador. Exemplifique e explique com modelos industriais. Apresente figuras, tabelas, gráficos e que o que mais você achar importante para explicar o fenômeno.
16) Descreva os problemas de transferência de massa que ocorrem em um reator contendo telas metálicas finas como catalisador. Mostre seus conhecimentos explicando cada etapa da transferência de massa desde o bulk até sitio ativo do catalisador. Exemplifique e explique com modelos de processos industriais. Apresente figuras, tabelas, gráficos e que o que mais você achar importante para explicar o fenômeno. A INTERPRETAÇÃO DAS QUESTÕES FAZ PARTE DA AVALIAÇÃO. QUANTO MAIS EXPLICADA A RESPOSTA MAIOR O GRAU DE ENTENDIMENTO E A SUA NOTA. NÃO ECONOMIZE PALAVRAS!
1) (1,0 ponto cada) As questões abaixo referem-se a transferência de massa em sistemas e reatores catalíticos. São duas afirmações. Explique cada uma informando se é falsa (F) ou verdadeira (V) justificando, cada afirmação tanto falsa como a verdadeira. 1. A correlação de Thoenes Kramers é utilizada para avaliar a transferência de massa em reatores de leito de recheio. A porosidade do leito, a velocidade superficial do fluido e a forma da partícula de catalisadores são parâmetros considerados nesta correlação e que usa os números de Reynolds e Sherwood modificados, em seu cálculo. 2. Em um reator de leito fixo, o fluxo convectivo é importante pois influencia na espessura da camada limite. Se aumento promove o aumento a velocidade de reação controlada por efeitos difusivos na interface externa sólido fluido. 3.
=
O fator “J” de Colburn é utilizado tanto para reatores de leito fluidizado quanto para leito fixo. O fator leva em consideração todos os números adimensionais utilizados na transferência de massa (Reynolds, Schmidt e Sherwood).
4. O número de Schmidt relaciona forças viscosas com forças difusivas, enquanto o número de Sherwood relaciona o coeficiente de transferência de massa e o diâmetro da partícula com a difusividade. Sh
K c D Dab
2 0,6 Re
1
2
Sc
1
3
5. Os sistemas de difusão em catalisadores podem ser simplificados para difusão binária. Dois modelos que produzem a mesma equação são os de equimolar em contracorrente e o de soluções diluídas. 6. A difusão de um soluto em um fluido estagnado ocorre quando duas fases estão presentes. Evaporação são exemplos de processos onde este modelo pode ser aplicado. Já no modelo de convecção forçada o fluxo difusivo pode ser desprezado em modelos unidirecionais na direção do fluxo convectivo. n 1 kR2 S a p C As
7. Quando o Módulo de Thiele é grande, a reação é limitada pela difusão, pois a difusividade é pequena. Se aumentarmos suficientemente a velocidade superficial do reagente, o regime passa a ser controlado pela reação.
2
De
8. Na produção de ácido nítrico utiliza-se telas finas de platina e ródio para oxidação. A reação é controlada por fluxos difusivos na camada limite ao redor dos fios metálicos. 9. Nas reações catalíticas heterogêneas é comum escrever a taxa em função da área superficial do catalisador. Para isto precisamos saber a densidade da partícula bem como sua área superficial. A área superficial é dada em metro quadrado por massa de catalisador. 10. Em reações não isotérmicas, o fator de efetividade () pode variar fortemente com o número de Arrhenius e com os parâmetros “ ” e “”. O pode atingir valores muito maiores que 1 pem reações exotérmicas. O “” relaciona a variação máxima da temperatura no catalisador (interior e superfície). E “ ” é o número de Arrhenius e depende da energia de ativação da reação. 11. A taxa de reação em um reator de recheio dominado por efeitos difusivos na camada limite é função do módulo de Thiele. O critério de Mears é usado para verificar se a transferência de massa para a superfície do catalisador pode ser desprezada. 12. A difusividade efetiva é função da tortuosidade dos poros, do fator de constrição, da difusividade do reagente e da porosidade da partícula do catalisador e pode assumir valores maiores que um, caso elevemos a temperatura em uma reação endotérmica. 13. A espessura da camada limite de transferência de massa é a distância do objeto sólido até onde a concentração da espécie que está difundindo atinge 99% da concentração bulk. Ela será maior quanto maior for o diâmetro da partícula e a velocidade superficial. 14. A taxa de reação em um sistema dominado por efeitos difusivos no interior do pellet de catalisador é função do módulo de Thiele. O critério de Weisz-Prater é utilizado para determinar se a difusão interna está controlando a taxa da reação.
15. A difusividade efetiva é função da tortuosidade dos poros, do fator de constrição, da difusividade do reagente e da porosidade da partícula do catalisador e pode assumir valores maiores que um, caso elevemos a temperatura em uma reação endotérmica.
De
D A p ~
16. Na produção de LAB, a corrente de querosene precisa ser tratada para evitar envenenamento dos catalisadores da Molex e da Pacol. 17. O processo Molex usa zeólitas para adsorção física da n-parafina, simulando um leito móvel, onde as n-parafinas são separadas da corrente de querosene. 18. O processo Pacol promove a desidrogenação de n-parafinas sobre catalisadores contendo platina suportada sobre alumina. O produto da reação é separado e sofre uma desidrogenação seletiva para recuperar olefinas que sofreram desidrogenação contínua até diolefinas,
ASSINATURA:
=
ℎ
=
1
3 2
C A senhb senhb(1 ) C senhb Ao
=
=
1
−
Sh
K c D Dab
2 0,6 Re
1
2
Sc
1
3
2
D AB
d C A 2
dz
kC A
0
