Conversão e Tempo de Residência em Reator CSTR

UNIPAM – Centro Universitário de Patos de Minas

Laboratório de Engenharia Química II

Prof.ª: Sarah Arvelos

Pratica – Conversão e Tempo de Residência em Reator CSTR

Bruno Porto

Alisson Galvão

Karlucio Kamaleão

PATOS DE MINAS

2016

1. Introdução

        No reator CSTR entra um ou mais reagentes fluidos são introduzidos no reator, equipado com um agitador, enquanto o efluente do reator é removido. O agitador mistura os reagentes assegurando uma homogeneização do sistema reativo.

        A elaboração de um projeto e operação de um reator é, portanto, de extrema importância para obtermos os arranjos químicos que mais nos trazem benefícios. Todavia, o projeto de reator pode ser uma tarefa árdua quando se considera os dados cinéticos da reação que ocorre, pois somente a estequiometria não é capaz de determinar com qual velocidade as reações ocorrem. Quando há somente uma reação envolvida e o processo de reação ocorre relativamente com baixas velocidades a constate de reação pode ser determinada em um reator de batelada operado em condições isotérmicas (Holland C.D., Anthony R.G, 1989). Portanto, uma das maneiras mais convencionais de obtenção de dados cinéticos é a realização de um experimento laboratorial, o qual consiste em promover uma reação para extrair dados laboratorias que possam calcular a constante de velocidade da reação e a sua ordem. Esses dois parâmetros são essenciais no dimensionamento de reatores, já que são eles uns dos principais determinantes da formulação matemática dos mesmos, pois de acordo com a expressão do balanço de massa abaixo (Eq. 1) a conversão é resultado direto da velocidade da reação, assim como da sua ordem (Eq. 2).

|Entrada|-|Saída| ± |Conversão| = |Acúmulo| (eq. 1)

|Conversão| = -(rA) . V = K .CA n (eq.2)

        Sendo: rA=velocidade da reação química, V=volume de controle do reator, K= constante de velocidade da reação, CA= concentração do reagente e n= ordem da reação

        Sua equação geral conforme já foi visto é:

[pic 1]

        Aplicando-se o conceito de tempo espacial, tem-se:

[pic 2]

        Tempo Espacial (τ) é o tempo necessário para processar um volume de alimentação, correspondente a um volume de reator, medido em condições específicas.

[pic 3]

1. Materiais

        Materiais utilizados para a prática: béqueres, pipetas, provetas, bastão de vidro, balão volumétrico, cronometro, cubetas, reagentes (cristal violeta e hidróxido de sódio), reator CSTR e espectofotômetro.

1.   Metodologia

        A prática foi iniciada com a preparação das soluções de cristal violeta, sendo um volume de 10 litros com uma concentração de 4 x 10-5 mol.L-1, e hidróxido de sódio, com mesmo volume com uma concentração de 3 x 10-2 mol.L-1.

        Próximo passo foi calibração da vazão do tanque de cristal violeta, em seguida a calibração do tanque de hidróxido de sódio. Também foi feita a calibração do expectrofotômetro com uma solução padrão.

        Acionou a chave que liga a agitação do reator, em seguida acionou as chaves que liga as bombas dos reagentes.  Aguardou a leitura do espectro estabilizar para leitura da absorbância. Provocou outras diferenças de vazões e repediu o procedimento de leitura de absorbância.

1. Resultados

1. Curva de calibração

C = 3 x 10-5 * A – 2 x 10-6

1. Volume do reator CSTR

        Volume = 1,12 Litros

1. Calibração

4.3.1Calibração de vazão do reagente de hidróxido de sódio

                Equação da vazão:

Qs = 0,0835*H2 – 0,3*H + 0,37

Q (L/h)	H (cm)
9,6	9,5
10,01	9,9
10,88	11,9
11,76	14,9

Quadro 1: Calibração NaOH

4.3.2Calibração da vazão do reagente cristal violeta

        Equação da vazão:

Qc = 0,02*H2 – 0,02*H + 0,15

Q (L/h)	H (cm)
9,1	6
10,2	8,1
12,39	12,7
14,55	19

Quadro 2: Calibração cristal violeta

         

1. Leitura da absorbância

        Ao = 0,22

        Ho = 13,5 cm

H - NaOH (m)	H – Cristal (m)	Absorbância
0,41	0,33	1,18
0,38	0,28	1,09
0,32	0,24	0,97
0,25	0,19	0,88
0,19	0,14	0,8
0,10	0,08	0,61
0,05	0,04	0,42

4.5 Calculo de Q, vo e tempo de residência

1º -

Hs1 = 0,41 m

Hc1 = 0,33 m

        Calculo de vazão:

Qs = 0,0835*H2 – 0,3*H + 0,37

Qs = 0,0835*0,412 – 0,3*0,41 + 0,37