O Relatório de Calculo de Reatores

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A concentração diminui progressivamente à medida que o fluido atravessa o PFR, já no CSTR a concentração cai imediatamente a um valor baixo. Por isso, o reator PFR é mais eficiente que o CSTR, uma vez que produz uma conversão mais alta por volume de reator dentre os reatores contínuos.

Os reatores tubulares são de fácil fabricação, montagem e manutenção, no entanto, é difícil de controlar a temperatura do reator, podendo ocorrer pontos quentes quando a reação é exotérmica.

- Reação de Saponificação

Segundo Silveira (2011), a saponificação (do Latim sapo, significa “sabão”) é um tipo de reação que comumente ocorre entre um éster e uma base, resultando em um sal orgânico e um álcool. Um exemplo é a reação entre o acetato de etila e o hidróxido de sódio, produzindo acetato de sódio e álcool etílico.

De acordo com o mesmo autor, esse processo possui uma alta relevância, quando se utiliza óleos e gorduras, representando o processo de obtenção do sabão. Entretanto, se for analisar a produção do biodiesel, esses sabões não são indesejáveis, devido a possibilidade de formação de uma massa sólida e de difícil recuperação.

Assim, um meio de controlar esse tipo de reação é a aplicação de um recipiente que proporcione um meio reacional adequado para obter em maiores quantidades, o produto desejado.

Por isso, são aplicados reatores químicos, devido a possibilidade de controle do meio reacional, administrando as variáveis (temperatura, vazão de alimentação, concentração de reagentes, etc.) existentes no processo de obtenção do produto de valor agregado.

- Objetivos

- Analisar o comportamento cinético das reações em reatores CSTR em série;

- Verificar a influência de fatores, como temperatura e vazão, na reação;

- Constatar se o que foi aprendido em sala, condiz com a prática;

- Aprender a manipular as faixas de trabalho dos reatores químicos.

- Determinação da Constante de Velocidade da Reação

- Materiais

- 4 erlenmeyer de 150mL;

- 3 seringas de 10mL com agulhas;

- 1 cronômetro;

- 1 bureta de 25mL

- 1 béquer de 250mL;

- 2 béquer de 100mL;

- 1 suporte universal para titulação;

- 1 proveta de 100mL;

- 1 pipeta volumétrica de 5mL;

- 1 pera de sucção;

- Bancada com 3 reatores CSTR de 500mL;

- Reservatórios para reagentes e produtos.

- Reagentes

- Solução padronizada 0,1M de hidróxido de sódio;

- Solução padronizada 0,025M de hidróxido de sódio;

- Solução padronizada 0,1M de acetato de etila;

- Solução padronizada 0,05M de ácido sulfúrico;

- Solução de fenolftaleína;

- Água destilada.

- Procedimento Experimental

Para iniciar o processo, os erlenmeyers foram numerados e, em seguida, foram introduzidos 20 mL de água destilada em cada recipiente. Para a formação da solução de espera, foi feita uma solução de ácido sulfúrico, com a inserção de 5 mL de H2SO4 a 0,05 M e três gotas de solução alcóolica de fenolftaleína, para funcionar como indicador para a titulação que será realizada.

Em seguida, as buretas foram ambientadas com a solução de hidróxido de sódio 0,025M e, após a finalização desse processo, foi introduzidos 25 mL da mesma solução e deixou na espera também.

Completando esses processos e organização das bancadas, iniciou o processo de enchimento dos reatores, com a entrada dos reagentes. Antes, foi ligado o sistema de circulação de água aquecida nas camisas dos reatores e após atingir certa temperatura, o sistema de vazão foi ligado e o tempo de enchimento de cada reator, foi cronometrado.

Para ter uma base sobre o tempo espacial dos reatores, foram realizados os cálculos do tempo teórico dos reatores, de forma a determinar se há muita diferença entre o teórico e experimental.

Após o enchimento dos três reatores, foram coletadas as amostras do produto de cada reator e introduzido nas soluções de espera de cada bancada, e em seguida, iniciou-se os processos de titulação, para a determinação das concentrações finais e fração de conversão de cada reator.

- Dados Experimentais e Análise dos Resultados

Com a introdução do acetato de etila e do hidróxido de sódio nos reatores, ocorreu a seguinte reação, demonstrada na Figura 1.

[pic 2]

Figura 1 – Reação do acetato de etila com hidróxido de sódio.

Para facilitar a análise, pode-se fazer novas denominações para os reagentes, da seguinte maneira:

- C4H8O2 :reagente A

- NaOH: reagente B

Considerando que é uma reação elementar, sua equação de taxa de velocidade pode ser escrita da seguinte forma:

- rA = k [A][B] eq. 1

Onde:

- rA Taxa de velocidade da reação

k Constante de velocidade

[A] Concentração de Acetato de etila

[B] Concentração de Hidróxido de sódio

Como a concentração de acetato consumido, é a mesma que de hidróxido, pode-se reescrever essa equação 2, em função apenas da concentração de OH-.

- rA = k [OH-]2 eq. 2

Admitindo que ambas as concentrações são iguais, pode considerar a taxa de velocidade como sendo