Unidades Curriculares:Modelagem Física e Computacional Engenharia das Reações Químicas

PROFESSORES: GISELLE / EDUARDO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENASCampus Poços de Caldas

Introdução Introdução

• Reações Paralelas;

• Maximização da seletividade para a formação do

produto desejado;

UA 1k

DA 2k

1uA1 krr

A2DA2 Ckrr

deUdeformaçãovelocidade

deDdeformaçãovelocidade

r

rS

U

DUD /

• Seletividade nos diz quando um produto é favorecido

em relação a outro quando temos reações múltiplas:

O reagente A se decompõe por meio de três reações

simultâneas para formar três produtos: um que é o

desejado, B, e dois que são indesejados, X e Y.

Essas reações em fase gasosa, juntamente com as

leis de velocidade apropriadas, são chamadas de

reações de Trambouze.

Descrição do problema Descrição do problema

XA k 11) sdm

molkrr XA .

0001,0311

BA k 22) AABA CsCkrr 122 0015,0

YA k 33) 23

233 .

008,0 AAYA Csmol

dmCkrr

As velocidades específicas de reação são dadas a

300K e as energias de ativação para as reações (1),

(2) e (3) são E1 = 10000 kcal/mol, E2 = 15000 kcal/mol

e E3 = 20000 kcal/mol. Como e sob que condições

(isto é, tipos de reatores, temperatura, concentrações)

a reação deve ocorrer de modo a maximizar a

seletividade de B, para uma concentração de entrada

de A de 0,4 mol/l e uma vazão volumétrica de 2,0

dm3/s?

0dC

dS

A

XY/B

Que tipo de reator pode ser usado?

CSTR - Reator contínuo de mistura perfeitaCSTR - Reator contínuo de mistura perfeita

3*A dm/mol112,0C

Balanço molar para um CSTR

3*A

*AAo0 dm1564

r

CCvV

2*A3

*A21

*A CkCkkr

Onde:

Qual a conversão de A no CSTR?

72,0

C

CCX

0A

*AAo

Cálculo das concentrações de saída de X, Y e B

CB = 0,131 mol/dm3

CX = 0,0782 mol/dm3

CB = 0,0785 mol/dm3

Como poderíamos aumentar a conversão e ainda ter uma alta seletividade?

Usando um reator tubular, PFR, podemos ter uma redução gradativa da CA.

Balanço molar para um PFR

dV

dCvr

dV

dF A0A

A

Sendo:

FA = v0CA

Definição de Tempo Espacial

0v

V

Logo,

A0

A0

A0 r

dv

dCv

dV

dCv

2A3A21

A CkCkkd

dC

= 0, CA = 0,112 mol/dm3

Equação 1

Por analogia,

1XX kr

d

dC

= 0, CX = 0,0782 mol/dm3

Equação 2

A2BB Ckr

d

dC

= 0, CB = 0,132 mol/dm3

Equação 3

2A3Y

Y Ckrd

dC

= 0, CY = 0,0785 mol/dm3

Equação 4

QUESTÕESQUESTÕES

a) Faça gráfico da variação das concentrações de A, B, X e Y em função do tempo espacial, obtenha o valor do tempo espacial e calcule o volume do reator PFR para uma conversão de A de 90%. Mostre quais são as concentrações de saída de A, B, X e Y.

b) Para uma conversão de 100% de A, obtenha o tempo espacial e calcule o volume do reator PFR. Mostre quais são as concentrações de saída de A, B, X e Y.

c) Se as condições de entrada no PFR forem CA = 0,2 mol/dm3, Cx = 0,0278 mol/dm3, CB = 0,0833 mol/dm3, CY = 0,0889 mol/dm3.

Para uma conversão de 100% de A, obtenha o tempo espacial e calcule o volume do reator PFR. Mostre quais são as concentrações de saída de A, B, X e Y.