Trabalho de Reatores

...

(V)

rC_global= r_1B= k_2B.C_B Equação (VI)

rD_global= r_3D= k_3D.〖C_B〗^2 Equação (VII)

Equações auxiliares utilizadas para realizar o balanço molar de cada reator em questão:

CSTR:

C_i= F_i/v_0 Equação (VIII)

τ=V/v_0 Equação (IX)

Para o composto A que é alimentado:

F(a)=[V.(-r_A )]-F_A0+F_A Equação (X)

Para os demais compostos:

F(i)=[V.(-r_i )]+F_i Equação (XI)

BSTR:

N_i=C_i.V Equação (XII)

PBR fase gasosa:

Ci=C_A0.(F_i/F_T ).(T_0/T).(P/P_0 ) Equação (XIII)

Estas equações então são usadas nos balanços molares característicos de cada reator para o seu dimensionamento.

CSTR:

V= 〖Fa〗_(0 -Fa)/〖Fa〗_0 Equação (XIV)

BSTR:

dCi/dt=ri Equação (XV)

PBR fase gasosa:

dFi/dW=ri Equação (XVI)

PFR fase líquida:

dCi/dV=ri/v_0 Equação (XVII)

Neste projeto foram analisadas quatro condições térmicas de operação do reator: operação de modo adiabático, não adiabático, isotérmico e não isotérmico. Para isso foram utilizadas específicas equações de balanço energético para cada situação, definidas a seguir:

CSTR isotérmico e não adiabático:

G(T)=[(r_A1.∆H_Rx1^0 )+(r_B2.∆H_Rx2^0 )+(r_B3.∆H_Rx3^0 )].V

R(T)=〖-[(U_a.(T_a-T))-(F〗_A0.C_PA.(T-T_0 ))] ; Como T = T_0, tem-se somente o primeiro termo da equação. Equação 12

CSTR não isotérmico e adiabático e CSTR em fase líquida:

G(T)=[(r_B1.∆H_Rx1^0 )+(r_B2.∆H_Rx2^0 )+(r_B3.∆H_Rx3^0 )].V

R(T)=F_A0.C_PA.(T-T_0 )

BSTR:

dT/dt=(Qr-[∑Fio.Cpi.(T-To)]+V.∑▒(-rij.-ΔHij) )/(∑▒〖(Ni.Cpi)〗)

Sendo o reator BSTR adiabático, então tem-se que o termo Qr é igual a zero.

PBR fase gasosa:

dT/dW=(Qr+∑▒〖(-rij.-ΔHij)〗)/(∑▒〖(Fi.Cpi)〗)

Com perda de carga, inclui-se a equação de Ergun:

dP/dW= -∝/2.(T/T_0 ).(P_0/(P⁄P_0 )).(F_T/F_T0 )

PFR fase líquida:

dT/dV=(Qr+∑▒〖(-rij.-ΔHij)〗)/(∑▒〖(Fi.Cpi)〗)

3.2. Dados e Constantes

Para o desenvolvimento dos cálculos foram utilizados os dados e constantes apresentados no enunciado do problema P8-32c, exibidos a seguir:

Concentração inicial do composto A: Cao = 5 mol/L

Produção desejada do composto B: FB = 100 mol/min

Calores de Reação:

ΔHRx1A = +10.000 cal/mol de A

ΔHRx2B = -10.000 cal/mol de B

ΔHRx3B = -100.000 cal/mol de B

Calor Especifico de cada elemento:

CPA = CPB = CPC = CPD = 50 cal/mol.K

Qr = 100f(Ta -T)

Temperatura do ambiente variando de 0°C à 100°C.

Temperatura de refrigeração variando de 0°C à 100°C.

Com f=1

Para a progressão dos cálculos foi necessário adotar alguns valores para certas constantes.

Para CSTR isotérmico e não adiabático, CSTR não isotérmico e adiabático e CSTR não isotérmico e não adiabático (todos em fase líquida):

V= 4000 L

T_0= 273 k

Ta = 373 K

v0 = 100 L/min

〖Fa〗_0 = 500 mol/min

Reator BSTR:

V0 = 400 L

T0 = 285 K

v0 = 90 L/min

Δt = 0,01 min

Qr = 0 (adiabático)

Reator PBR fase gasosa:

T0 = 298 K

v0 = 100 L/min

ΔW = 0,1 Kg

Ta = 373 K

α = 0,001

P_0= 122,18 atm

Reator PFR fase líquida:

T0 = 298 K

v0 = 110 L/min

ΔV = 0,1 L

Ta = 298 K

Para os reatores