Aula 3 - Reator Batelada

Aula 3 - Reator Batelada

(Parte 1 de 2)

USP – EEL - Escola de Engenharia de Lorena Reatores – Aula 3 – Reator Descontínuo

1__________________________

Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira

1 – Introdução

O reator batelada é um tanque com agitação mecânica e opera através do carregamento da carga a reagir (reagentes e inertes) de uma única vez e da retirada de carga reagida (produtos, reagentes não convertidos e inertes) também de uma única vez.

Sua equação geral conforme já foi visto é:

A A V r dNt (3.2)

2 – Casos Específicos

2.1 – Equação em função de conversão

Como A

NNX−=, tem-se que AAAAXNNN 0

Derivando esta equação em função do tempo, encontra-se:

dtdNdtdXdtdNdt dN A dNA= e então ⇒ dtdXdt

Substituindo na equação geral (3.1) , tem-se:

A A V r dXtAN (3.3)

2.2 – Sistemas Isotérmicos a Volume Constante Se V = constante, então em (3.3), tem-se que :

A rdXV

0 r dXtAC (3.4)

USP – EEL - Escola de Engenharia de Lorena Reatores – Aula 3 – Reator Descontínuo

2__________________________

Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira

Como para V = constante, tem-se que AXCCC 0A−=, então, AdXCdC0AA−=, que

A r dCt C (3.5)

2.3 – Sistemas Isotérmicos a Pressão Constante Para reações a volume variável: ()AA0Xξ1 V+=, que aplicado a (3.3) conduz a:

AA0A

AXξ1 r dX Ct

3 – Representação Gráfica das Equações Equação Geral Volume Constante

4 – Tempo morto É o tempo que se leva entre o início da descarga de uma batelada de um reator e o término do carregamento de uma nova batelada no reator. O tempo total do processamento de uma batelada no reator será então a soma do tempo de reação (calculado em função dos parâmetros da reação) e o tempo morto.

t t tRMT+= , onde : tTtempo para processar uma batelada
tM........tempo morto
tR........tempo de reação

Fogler – 3ed – cap.4 – pág 129-137 Levenspiel – 2ed – cap 5 – pág 79 a 91 Missen – cap 12 – pág 294-297

USP – EEL - Escola de Engenharia de Lorena Reatores – Aula 3 – Reator Descontínuo

3__________________________

Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira

1 – A reação em fase liquida A →produtos é realizada em um reator batelada ideal. Esta é uma

Avaliação do Aprendizado reação irreversível de primeira ordem onde k = 0,56 s-1.

Considerando CAO = 1M, Determine o tempo necessário para a conversão de 10 a 90% desta reação, intercalados a cada 10% de conversão. Construa um gráfico com os resultados encontrados.

Que conclusões são possíveis de se obter a partir da análise deste gráfico?

2 - Uma solução aquosa de acetato de etila deve ser saponificada com uma solução diluída de hidróxido de sódio. A concentração inicial de acetato é 5 g/L e a densidade da mistura reacional permanece constante. A reação é de segunda ordem e irreversível.

Calcule o tempo necessário para saponificar 95% do éster a 40°C num reator batelada. (t = 1,1 min) Dados: k a 0°C = 23,5 L/gmol min k a 20°C = 92,4 L/gmol min

CH3COOC2H5+ NaOH → C2H5OH + CH3COONa
3 - A reação homogênea de segunda ordem em fase gasosa : A→ R + S ocorre em um

reator batelada a volume constante e a uma pressão inicial é 1atm. Experimentos realizados a 791 K encontraram uma conversão de 50% de A após 197s de reação. Deseja-se produzir 2000 kg/dia de mistura reacional com uma conversão de 85% de A a 791 K.

A) Quantas bateladas são produzidas por dia e qual a carga de cada batelada? B) Qual o volume do reator utilizado? Dados : A massa específica média da mistura é 30 kg / m3.

Tempo de carga, descarga e limpeza = 30 min Dia de Produção = 8 horas R: A) 9 bateladas e 2,2 kg/batelada B) V = 7,4m3

4 - A EMPOR QUÍMICA LTDA fabrica um determinado produto utilizado como agente intermediário na fabricação de corantes azuis, sabe-se que esse produto recebe a codificação industrial de Mxa e que o mesmo é obtido a partir de uma reação química irreversível de primeira ordem em fase líquida: [Reagente

⇒ Mxa; estequiometria de 1: 1] São conhecidas as seguintes características industriais de sua fabricação:

I) Utiliza-se um reator descontínuo de 4 metros de diâmetro e uma altura de 2 metros I) O tempo entre o início da descarga de uma carga do reator e o término do carregamento de uma carga no reator é de 12 minutos.

I) O reagente utilizado é introduzido puro no reator e sua concentração molar é de 1,5 mols/litro. IV) A conversão obtida é de 68% do reagente em produto. V) A empresa opera 18 horas continuamente, em três turnos de 6 horas cada. VI) O reator opera a 90ºC e com constante velocidade igual a 1,42 x 10-4 (seg)-1 para esta T. DETERMINE: a) O tempo de reação de cada batelada para a conversão desejada na temperatura do trabalho ? b) Quantas cargas são introduzidas diariamente no reator a 90ºC ? c) Qual a produção diária do Mxa?

R : a) t = 133,73 min b) 7 cargas/dia c) FR = 179,5 Kgmols/dia

5 - As Indústrias Químicas SA tem como um de seus produtos principais o 3-vinil-1,5-hexadieno que é processado em um tanque com agitação que funciona com cargas intermitentes. Você é convidado a analisar alguns parâmetros deste reator e as informações que você dispõe para a sua análise são as seguintes:

I) A reação que ocorre no interior do reator é a isomerização monomolecular do 1, 2, 6- heptadrieno em 3-vinil-1,5-hexadieno.

USP – EEL - Escola de Engenharia de Lorena Reatores – Aula 3 – Reator Descontínuo

4__________________________

Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira

CH2 = C = CH -CH2 - CH2 - CH = CH2 → CH2 = CH - C - CH2 - CH = CH2

I) Esta reação foi estudada em escala piloto e pode-se verificar que a sua cinética é de primeira ordem entre 170ºC e 220ºC.

I) Experimentalmente determinou-se que a constante de velocidade varia com a temperatura de acordo com a tabela a seguir:

T (ºC) 172,2 187,7 202,6 218,1 k (s-1) 0,997x10-4 3,01x10-4 7,80x10-4 20,4x10-4

(Parte 1 de 2)

Comentários