TRABALHO DE ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS

[pic 1]

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA

DEIVID BORGES

GILBERTO SEHNEM

TRABALHO DE ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS

Tubarão

2013

---

DEIVID BORGES

GILBERTO SEHNEM

QUEDA DE PRESSÃO EM REATOR DO TIPO PBR  

Trabalho apresentado a disciplina de Análise e Simulação de Processos do curso de Graduação em Engenharia Química da Universidade do Sul de Santa Catarina.

Professor: Marcos Marcelino Mazzucco,Dr

Tubarão

2013

RESUMO

O presente trabalho foi elaborado na instituição de ensino UNISUL – Universidade do Sul de Santa Catarina durante a disciplina de Análise e Simulação de Processos. Onde buscamos dentro da literatura exercício para serem desenvolvido sua modelagem matemática, analisando e simulando os mesmos utilizando uma ferramenta de programação, o software Gnu Octave.

Para a proposta foi escolhido a modelagem de um reator do tipo PBR com queda de pressão, onde serão comparadas reações de primeira e de segunda ordem, onde analisamos e simulamos suas conversões no decorrer da queda de pressão do reator.

Palavras chave: Reator PBR. Queda de Pressão. Gnu Octave.

SUMÁRIO

RESUMO        2

1.0INTRODUÇÃO        4

1.1Objetivo Geral        4

1.2Objetivo Especifico        4

2.0 DESENVOLVIMENTO        5

2.1 Levantamento Bibliográfico        5

2.1.1 Funcionamento do Reator Packed Bed Reactor (PBR)        5

2.1.2 Equação de Ergun no reator PBR        5

2.1.3 Levantamento das Hipóteses para Queda de Pressão no Reator PBR        6

2.1.4 Modelagem Matemática        6

2.1.4.1 Equação diferencial do balanço molar em termos de massa de catalizador        7

2.1.4.2 Escoamento Através de um Leito de Recheio (PBR)        8

2.1.4.3 Forma diferencial da equação de Ergun para a perda de pressão em leito de recheio        11

3.0 METODOLOGIA        13

4.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES        16

4.1 Estudo de casos        16

4.1.1 Caso Original        16

4.1.2 Caso-1: Alteração do Gás Ar para Gás Propano        19

4.1.3 Caso-2: Alterar o valor da concentração inicial e de Catalizador        21

4.1.4 Caso 3: diminuição em 10 vezes o diâmetro da partícula        24

4.1.5 Caso 4: aumento da área de secção transversal, diminuição da vazão molar e aumento da concentração inicial        26

4.2 EXERCÍCIOS PROPOSTOS        30

4.2.1 Exercício 01 - Calculando a perda de pressão em um leito de recheio        30

4.2.2 Exercicio 02 - Calculando a conversão em um reator com perda de pressão        31

5.0 CONCLUSÃO        36

6.0 REFERÊNCIAS        37

1. INTRODUÇÃO

Além dos reatores CSTR e batelada, um outro tipo de reator comumente utilizado na indústria é o reator tubular. Ele consiste em um tubo cilíndrico e é usualmente operado em regime estacionário.

É um reator onde normalmente o meio reacional se encontra em uma fase (líquida ou gasosa) e existe um catalisador na fase sólida. Normalmente, também é chamado de reator catalítico de leito fixo, onde o catalisador sólido é constituído de inúmeras e pequenas partículas depositadas ao longo do comprimento de um tubo.             Em inglês é conhecido como Packed- Bed Reactor (PBR).  

 Dos três tipos de reatores ideais apresentados, este reator (PBR) assmelha-se ao reator tubular. A diferença é o “recheio” de partículas sólidas que existem nele.

1. Objetivo Geral

Analisar e simular a queda de pressão em reatores de leito recheado com catalisador Packed Bed Reactor (PBR) utilizando o software GNU Octave.

1. Objetivo Especifico

• Levantamento Bibliográfico;
• Desenvolvimento da modelagem matemática;
• Simulação de Casos especificados;
• Propor exercícios e soluções;

2.0 DESENVOLVIMENTO

2.1 Levantamento Bibliográfico

2.1.1 Funcionamento do Reator Packed Bed Reactor (PBR)

É semelhante a um reator tubular (PFR), diferenciando-se pelo fato de ser recheado com partículas de catalisador sólido. Por hipótese, não apresenta gradientes radiais de temperatura, concentração ou velocidade de reação na direção radial, variando apenas axialmente. É essencialmente um reator heterogêneo utilizado para catalisar reações em fase gasosa (reagentes e produtos gasosos e catalisador sólido). Apresenta as mesmas dificuldades de controle de temperatura dos reatores tubulares.Possui uma desvantagem com relação à dificuldade de substituição do catalisador. Formação de canais preferenciais de escoamento do gás gera uma utilização ineficiente do leito catalítico. Para a maioria das reações produz a mais alta conversão por massa de catalisador. O custo do catalisador torna este reator mais caro que um trocador de calor.