Projeto de Reatores

Exercício avaliativo de projeto de reatores

Para qualquer que seja a cinética e o sistema de reatores, um exame da curva 1/(-ra) versus xa é uma boa maneira de encontrar o melhor arranjo dos reatores. A sequência de reatores mais viável economicamente é aquela no qual se têm o menor volume total, o volume do conjunto é dado pela área abaixo da curva 1/(-ra) versus xa.

Como se têm disponível a velocidade da reação em função da conversão, pode-se projetar uma combinação de reatores. Para o determinado exercício temos duas condições a seguir:

a) Reação de segunda ordem monomolecular:

Para este caso, a reação pode ser dada por, 2A→ Produtos, considerando a variação de volume no processo, têm-se a lei da velocidade para a dada reação:

[pic 1]

        Para avaliar a melhor série de reatores CSTR e PFR, plotamos o gráfico 1/(-ra) versus xa no Excel, para isso utilizou-se o valor de K como constante e igual a 100 L/mol min, adotamos  igual a 0,5 e variamos  para os seguintes valores: 10, 6 e 4 mol/L. Se a conversão na saída do primeiro reator fosse 0,6 e na saída do segundo reator fosse 0,9, o melhor sequenciamento de reatores seria um CSTR e em seguida um PFR. Pois a soma da área abaixo da curva foi menor do para um PFR seguido de um CSTR.[pic 2][pic 3]

b) Reação de segunda ordem dimolecular:

Para este caso, a reação pode ser dada por, A + B→ Produtos, considerando que não tenha variação de volume no processo (=0), têm-se a lei da velocidade para a dada reação:[pic 4]

[pic 5]

Neste caso, utilizamos o mesmo procedimento do exercício anterior, adotou-se o valor de K igual a 200 L/mol min, =0, neste caso variou-se o valor de M (proporção de alimentação) para os seguintes valores: 5, 10 e 15 e utilizou-se um valor constante de  igual 10 mol/L. Se a conversão na saída do primeiro reator fosse 0,4 e na saída do segundo reator fosse 0,9, o melhor sequenciamento de reatores seria um CSTR seguido de um PFR. Pois a soma da área abaixo da curva foi menor do para um PFR seguido de um CSTR.[pic 6][pic 7]