Determinação de Tempo de Residência

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA QUÍMICA

DISTRIBUIÇÃO DE TEMPO DE RESIDÊNCIA (DTR) EM REATORES QUÍMICOS

GRUPO A

BISMARQUE PIRES NUNES JÚNIOR

ILMO ANDREISSON MARQUES RIBEIRO

MIQUÉIAS CARNEIRO ADEBAL

NAYANNE FERREIRA VAZ

YURI DA SILVA PEREIRA

PROF. DR. JOSÉ ROBERTO PEREIRA RODRIGUES

SÃO LUÍS

25/01/2016

---

RESUMO

A consideração do escoamento pistonado e mistura perfeita podem proporcionar comportamentos diferentes nos reatores reais devido a formação de canais preferenciais, pela reciclagem de fluido ou pela criação de regiões de estagnação do vaso. Desse modo, o objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento de escoamento não ideal determinando a distribuição de tempos de residência (DTR) e comparar as distribuições experimentais com os modelos de reator de mistura perfeita, reator com canalização e volume morto e N tanques em série. O experimento foi realizado em um reator tanque agitado de fluxo contínuo, utilizando o corante azul de metileno como traçador físico, empregando a técnica de estímulo tipo degrau negativo. Constatou-se que o reator experimental assemelha-se com o modelo CSTR com canalização e volume morto, com tempo de residência próximo de dez minutos.

Palavras-chave: Escoamento não ideal. Reator. Tempo de residência.

---

NOMENCLATURA

Listar todas as variáveis utilizadas nas equações e cálculos que se encontram no relatório, apresentando os símbolos utilizados, o que elas representam e também suas unidades.

C0 – concentração inicial (g/l)

C – concentração (g/l)

E(t) – distribuição do tempo de residência do fluido (min-1)

t – tempo (min)

F – curva de saída.

(EM CONSTRUÇÃO – DEPOIS EU ATUALIZO A LISTA DE NOMENCLATURA)

---

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO        

2 MATERIAIS E MÉTODOS        

2.1. Metodologia Utilizada        

2.1.1 Distribuição do Tempo de Residência        

2.1.2 Aplicação da Distribuição do Tempo de Residência em Reatores        

2.2. Materiais        

2.3. Procedimento experimental        

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES        

3.1. Resultados experimentais        

3.2. Comparação dos dados experimentais com os  modelos de reatores        

4 CONCLUSÃO        

5 SUGESTÕES PARA CONTINUAÇÃO DO TRABALHO        

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS        

ANEXOS        

---

---

1 INTRODUÇÃO

Os reatores químicos possuem como principal objetivo converter reagentes em produtos sob condições controladas. O projeto de um reator químico trata com múltiplos aspectos de engenharia química, sobre os quais os engenheiros químicos trabalham para obter o máximo rendimento do processo com o mínimo de custo (Fogler, 2006).

Os reatores químicos ideais estão baseados em dois conceitos básicos: mistura perfeita e escoamento pistonado. Estas considerações permitem uma abordagem matemática simplificada destes processos. Em um reator de mistura perfeita não existem variações espaciais das variáveis de estado (composições e temperatura) enquanto num reator pistonado consideram-se as variações espaciais das variáveis de estado (composições e temperatura) somente na direção axial do sistema (Levenspiel, 2000). No entanto, o escoamento através dos equipamentos nem sempre segue padrões ideais e pode contribuir para que o desempenho dos sistemas não corresponda ao desejado.

O desvio dos dois modos de escoamento ideal podem ser causados pela formação de canais preferenciais de fluido (curto-circuito), pela reciclagem de fluido ou pela criação de regiões de estagnação no vaso (zonas mortas). Estes comportamentos estão representados na Figura 1. Assim, em um escoamento real, alguns elementos de fluido atravessam o sistema mais rapidamente que os outros implicando em tempos de residência diferentes do esperado.

1 7L

[pic 1]

Figura 1 - Escoamento não ideal em equipamento: (a) curto-circuito (à esquerda); (b) zonas mortas ou de estagnação (à direita)

O conhecimento da Distribuição de Tempos de Residência (DTR)  é uma informação que permite interpretar e prever o comportamento de sistemas contínuos reais. Através da DTR, é possível saber quanto tempo as moléculas individuais permanecem no vaso. A DTR pode ser obtida experimentalmente empregando a técnica de estímulo e resposta, através do uso de um traçador físico ou não-reativo.

Existem vários métodos experimentais que podem ser usados como estímulo: pulso (injeção repetina de traçador), degrau positivo (acréscimo de traçador no tempo zero), degrau negativo (deslocamento de traçador presente no reator), periódico (injeção periódica) e aleatória.

Vale salientar que em equipamentos distintos, ou mesmo muito diferentes, podem existir distribuições de tempos de residência semelhantes, e que esta distribuição caracteriza o tipo de mistura atingida no sistema.

De posse de todas as informações acima, o objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento de escoamento não ideal determinando a distribuição de tempos de residência (DTR), através da técnica de estímulo tipo degrau negativo, e comparar a distribuição experimental com os modelos de reator de mistura perfeita, reator com canalização e volume morto e N tanques em série.