CSTR PFR

REATORES DE ESCOAMENTO CONTÍNUO

EXPERIMENTO 2: REATOR DE MISTURA PERFEITA

Objetivos

- Investigar a cinética da reação de oxirredução entre o corante verde-malaquita e hidróxido de sódio, em reatores contínuos, pela visualização da descoloração do corante.

- Observar as diferenças entre as características de reatores de mistura perfeita e reatores tubulares

Introdução

- O reator de mistura perfeita (CSTR)

O reator de mistura perfeita é um reator de escoamento contínuo, constituído por um tanque com um eficiente sistema de agitação em seu interiror, garantindo uniformidade de concentração e temperatura. Assim, a corrente de saída tem a mesma composição que o fluido no interior do reator.

O balanço molar para um reator CSTR fornece

onde é o volume do reator, é a vazão molar do reagente A na alimentação, é a conversão do reagente A e é a velocidade da reação após a conversão .

A vazão molar de A na alimentação pode ser determinada pelo produto da vazão volumétrica na alimentação, , pela concentração inicial

- A reação

O corante verde malaquita ( ) se descolore em meio básico de acordo com a reação:

O produto é incolor.

Essa reação é de pseudo-primeira ordem com relação às concentrações de ambos os reagentes, ou seja, a lei de velocidade é

onde é a velocidade de desaparecimento do corante, é a constante de velocidade da reação, é a concentração do verde malaquita e é a concentração dos íons hidróxila.

A constante de velocidad pode ser determinada pela lei de Arrehnius:

onde é o fator pré-exponencial, é a energia de ativação, é a temperatura e é a constante universal dos gases ( ).

Para a decoloração do verde malaquita em meio básico, e

Materiais

- Montagem com reatores CSTR e PFR (reatores de vidro, bombas para os reagentes, controladores de vazão, agitador mecânico, aquecedor e mangueiras)

- Reservatórios para os reagentes e produtos

- Solução 2g/L de hidróxido de sódio ( )

- Solução 0,25g/L de verde malaquita( )

Procedimento experimental

- Determinar o volume do reator ( ).

- Utilizar a mesma temperatura de pré-aquecimento do experimento do reator tubular.

- Ligar o sistema mantendo o agitador desligado e usando as mesmas vazões do item 3.3 do experimento com o reator tubular. Observar a coloração no interior do reator. Fotografar.

- Em seguida ligar a agitação e observar a “mistura perfeita”. Fotografar.

- Para as mesmas vazões determinadas no item 3.4 do experimento do reator tubular verificar se a solução no CSTR també se torna incolor. Fotografar.

- Ligar o aquecimento interno do CSTR, aumentando a temperatura gradativamente. Observar o efeito da temperatura na conversão. Para qual temperatura a solução se torna incolor? Fotografar.

Parâmetro operacional Item 3.4 Item 3.5 Item 3.6

Temperatura do pré-aquecimento

Temperatura no interior do reator

Vazão volumétrica de hidróxido de sódio

Vazão volumétrica de verde malaquita

Análise dos dados

- Para cada conjunto de parâmetros registrados na tabela acima, calcular a constante de velocidade da reação.

- Determinar para cada caso a conversão.

- Os valores de conversão calculados são coerentes com as colorações observadas?

- Comparar as conversões obtidas com as do experimento do reator tubular.

EXPERIMENTO 3: Cinética de uma reação de 1ª ordem: Tempo de meia vida

OBJETIVO

Determinar a constante de velocidade e o tempo de meia vida da decomposição do peróxido de hidrogênio, reação de primeira ordem.

MATERIAL

Bureta, pipeta de 5mL, pipeta graduada de 10mL, provetas de 5 e 100mL, erlenmeyers de 125 e 250mL, cronômetro, peróxido de hidrogênio 0,16 mol/L, permanganato de potássio 8 x 10-3 mol/L, solução aquosa de cloreto férrico a 6% em massa e ácido sulfúrico diluído a 1:5.

INTRODUÇÃO

O peróxido de hidrogênio decompõe-se lentamente e a estequiometria da reação é a seguinte:

A adição de um catalisador, como o cloreto férrico, acelera a sua decomposição. Nesta experiência será estudada a cinética desta reação na presença de cloreto férrico em concentração conhecida. Esta reação é de primeira ordem, isto é, a sua velocidade é proporcional à concentração do peróxido:

onde é a concentração do peróxido de hidrogênio, é o tempo e é a constante de velocidade.

A concentração do peróxido de hidrogênio pode ser determinada por titulação com permanganato de potássio em meio ácido, e a reação que ocorre é a seguinte:

A equação (1), quando integrada entre os limites e , sendo a concentração inicial de peróxido e a concentração depois de ocorrido o tempo t, torna-se:

Pela equação (2), obtém-se uma reta em um gráfico versus