Pratica desempenho de um Reator Pfr

Prática 1:

DESEMPENHO DE UM REATOR TUBULAR (PFR)

1. OBJETIVO

O objetivo deste experimento é estudar o desempenho de um reator tubular para a reação de acetato de etila com o hidróxido de sódio, e comparar os resultados obtidos experimentalmente com os valores obtidos pela equação de desempenho do reator.

2. TRATAMENTO DE DADOS

        Deseja-se determinar a conversão na saída do reator para cada uma das vazões utilizadas. A reação química que ocorre no reator PFR é:

NaOH (aq) + CH3COOC2H5 (aq) → CH3COONa (aq) + C2H5OH (aq)                        (1)

        Primeiramente, deseja-se determinar a conversão experimental do reator. Conhecidas as condutividades elétricas no tempo inicial e final da reação, pode-se convertê-las em valores de concentração através da curva de calibração do condutivímetro. Para este experimento utilizou-se o Condutivímetro Digimed, com curva de calibração mostrada na Equação 2.

         CA = 0,0054xcondutividade                                     (2)

        Conhecendo-se os valores de concentrações inicial e final, e sabendo-se que a conversão é dada pela Equação 3, determina-se o valor das conversões experimentais para cada uma das vazões em que se realizou o experimento.

            [pic 1]                                             (3)

        Com os valores de conversão em função da vazão, constrói-se uma curva de vazão x conversão, para se avaliar a influência da vazão no desempenho do reator.

        Deseja-se também calcular a conversão através da equação de projeto do reator PFR, dada na forma integrada por:

[pic 2]                                             (4)

A taxa da reação representada na Equação 1 é de pseudo-primeira ordem, dada por:

-rA= k.CA                                                    (5)

        A expressão para a constante da taxa de reação, determinado em experimento anterior, é dada por:

[pic 3]                                     (6)

        Mas:

  CA=CA0(1-X)                                             (7)

        Substituindo na Equação 5, encontra-se que a taxa da reação pode ser escrita como:

        [pic 4]                                            (8)

        Substituindo a Equação 8 em 4, e integrando-se:

        [pic 5]                                            (9)

        Pode-se também utilizar a expressão para conversão média, dada em função do tempo de residência do reator. Para o PFR, depois de combinado o balanço molar, a lei de velocidade e a estequiometria, tem-se:

[pic 6]                                                   (10)

        Onde:

[pic 7]                                                   (11)

Utilizando-se a Equação 10, pode-se calcular a conversão teórica do PFR. Com os valores de conversão experimentais e teóricos calcula-se o erro relativo entre elas, fazendo-se uma comparação entre os valores.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

        

        Os dados obtidos experimentalmente são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1 - Dados Experimentais

Vazões Individuais (cm³/s)	Condutividade Inicial	Condutividade Final
12	9,65	8,16
7	9,71	7,33
6	9,66	6,91
5	8,21	5,54
9	9,85	7,5
3	10,3	6,02
4	10,22	5,79
8	9,1	6,72

        Utilizando-se a curva de calibração dada pela Equação 2, pode-se obter os valores de concentração inicial e final mostrados na Tabela 2.

Tabela 2 - Concentração Inicial e Final em Função da Vazão

Vazões Individuais (cm³/s)	Concentração Inicial (mol/L)	Concentração Final (mol/L)
12	0,0521	0,0441
7	0,0524	0,0396
6	0,0522	0,0373
5	0,0443	0,0299
9	0,0532	0,0405
3	0,0556	0,0325
4	0,0552	0,0313
8	0,0491	0,0363

        Com a Tabela 2 e a Equação 3, encontram-se as conversões para cada vazão utilizada experimentalmente. Esses valores de conversão são mostrados na Tabela 3.