Trabalho Final Reatores Químicos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA

TRABALHO

DE

REATORES QUÍMICOS I

Disciplina:

Reatores Químicos CTD 302– A

Diamantina

2013

1.  INTRODUÇÃO

        

        São três os principais tipos de reatores ideais: batelada (Batch Reactor), reator de mistura perfeita (CSTR) e pistonado.

1.1. Reator Batelada

        

        Um reator batelada não admite entrada nem saída de reagentes ou produtos durante o processamento da reação. Todos os reagentes são introduzidos no reator de uma só vez, onde são misturados e reagem entre si e, após algum tempo, os produtos obtidos também são descarregados de uma só vez. No processo em batelada, as variáveis como temperatura e concentração não variam com a posição dentro do reator, mas variam com o tempo.

        Esse tipo de reator é usado para operação em pequena escala, para teste de novos processos que ainda não foram completamente desenvolvidos, para a fabricação de produtos caros e para processos que são difíceis de converter em operações contínuas.

        O reator batelada permite que altas conversões possam ser obtidas, deixando o reagente no reator por longos períodos de tempo. Quando a capacidade de conversão é baixa, o processo em batelada tem menor investimento de capital do que o processo contínuo, sendo preferíveis quando se está testando um novo produto. Existe uma flexibilidade de operação no mesmo reator, podendo-se obter produtos diferentes.

        Apresenta dificuldade na produção em grande escala e está associado a alto custo de mão de obra por batelada, por causa do tempo perdido durante a alimentação, o esvaziamento e a limpeza (o chamado “tempo morto”), que pode até inviabilizar o processo.

1.2. Reator de mistura perfeita (CSTR)

        É um tanque agitado com escoamento contínuo e sem acúmulo de reagentes ou produtos operado de acordo com as seguintes características: composição uniforme dentro do reator; composição de saída igual à composição do interior do reator e mesma taxa da reação em todo o reator, inclusive na saída. O reator de tanque agitado contínuo (CSTR) é utilizado quando se necessita de agitação intensa, especialmente em reações em fase líquida.

        Quase que invariavelmente, os reatores de fluxo contínuo são preferíveis aos reatores batelada quando a capacidade de processamento requerida é grande. Embora o investimento de capital necessário seja maior, os custos operacionais por unidade do produto são menores para operação contínua do que batelada. Pode ser usado tanto isoladamente quanto combinado em série ou bateria de CSTR.

        É relativamente fácil manter um bom controle de temperatura em um CSTR e há facilidade do controle de qualidade dos produtos devido ao controle automático do processo. Porém, a conversão do reagente por unidade de volume do reator é a menor dentre os reatores com escoamento contínuo.

1.3. Reator de escoamento pistonado (Plug Flow Reactor)

        Consiste de um tubo vazio por onde passa a mistura reacional onde os reagentes são continuamente consumidos à medida que avançam no reator ao longo de seu comprimento. Normalmente encontrado tanto na forma de um tubo longo, quanto na de vários reatores menores em um feixe de tubos.

        O reator PFR apresenta manutenção relativamente fácil e produz a conversão mais alta por volume de reator dentre os reatores com escoamento. Porém apresenta dificuldade no controle da temperatura do reator, podendo ocorrer pontos quentes quando a reação é exotérmica.

2. OBJETIVO

        

         Dimensionar um reator para processar uma reação do tipo 2A → B, em fase líquida.

3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

        Foi solicitada a um químico a análise da cinética da reação para o descobrimento da sua ordem. Ele testou várias ordens para a reação, o que gerou gráficos de concentração em função do tempo (Ca x t). A partir da análise dos gráficos, a ordem da reação corresponderá àquele cujo gráfico mais tende a formação de uma reta.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

        Analisando-se os gráficos, conclui-se então que aquele cujos resultados mais se aproximam do formato de uma reta é o gráfico cuja ordem testada foi de 0,5 mostrado abaixo: