Aula 4 - Reatores Contínuos

Aula 4 - Reatores Contínuos

(Parte 1 de 5)

USP – EEL - Escola de Engenharia de Lorena Reatores – Aula 4 – Reatores Contínuos Isotérmicos

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

1 – Introdução

Reatores contínuos são os que operam o tempo todo com entrada de alimentação e saída de produto.

O foco desta aula está nos dois principais tipos de reatores contínuos ideais: Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Plug Flow Reactor (PFR)

2 – Tempo Espacial Tempo espacial (τ) é o tempo necessário para processar um volume de alimentação, correspondente a um volume de reator, medido em condições específicas.

tempo

Vτ0=

Velocidade espacial (s) é o número de volumes de reator que foram alimentados, em condições especificadas e que podem ser tratados na unidade de tempo.

3 – Reator de mistura

Este reator possui uma excelente

agitação e seu interior permanece com composição uniforme.

Seu nome mais comum na literatura é

CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor), mas também é chamado de reator de mistura perfeita (mixed reactor ou backmix reator) ou MFR (Mixed Flow Reactor).

Sua equação geral conforme já foi visto é:

A r XFr

Aplicando-se o conceito de tempo espacial, tem-se:

A 0 r

De uma forma geral, então esta equação pode ser assim escrita:

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

() A A rXCτF

Para sistemas a volume constante (ξA = 0), tem-se que ACCXC 0A−= , e então, a equação (4.2) passa a ser:

() A A r

Estas equações gerais permitem uma representação gráfica conforme mostrado a seguir:

Este reator consiste de um tubo vazio

4 – Reator tubular por onde passa a mistura reacional.

Este reator recebe na literatura os nomes de reator com escoamento pistonado (PFR – Plug Flow Reactor), reator tubular ideal (Ideal Tubular Flow) e reator com escoamento sem mistura (Unmixed Flow).

Sua equação geral conforme já foi visto é:

A r dX FV (4.5)

Aplicando o conceito e tempo espacial, tem-se, então, que:

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

A r dX C τ (4.6)

De uma forma geral então esta equação pode ser assim escrita:

() A A rXCτF

Para sistemas a volume constante (ξA = 0), tem=se que AAAAdXC -C 0

=, que conduz a

AAAdXC -dC0 =, que substituindo na equação 4.6, conduz a:

AAr dC - τ (4.8)

Estas equações permitem uma representação gráfica conforme mostrado a seguir:

5 – Tempo de Permanência para Sistemas em Escoamento

Tempo de permanência (ou tempo médio de residência) é o tempo em que cada elemento de fluido permanece dentro do reator.

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

1 – (Exame 2001) - A reação A+ B → 2R ocorre em fase liquida e sua equação de

Exercícios - Reator de Mistura velocidade é a seguinte : -rA = 0,756CACB (mol/L.min) a 20oC. A reação ocorrerá em um reator de mistura e a conversão desejada é de 80% do reagente critico. A alimentação é introduzida no reator de mistura proveniente de 3 tanques de armazenagem conforme esquema abaixo. As condições de operação de cada um dos tanques são apresentadas na tabela abaixo:

Tanque I Tanque I Tanque II

CA (M) 4 2

CB (M) 2 4 vazão (L/min) 5 2 10

Qual o Volume do reator de mistura utilizado? (R: 126,8 L)

Tanque 1Tanque 2 Tanque 3
2 – A reação 2A → C + Ddeve ser realizada em um reator CSTR a uma vazão de 100 ft3/h.

Reator

A concentração inicial de A é 1,5 lbmol/ft3 Deseja-se obter 80% da conversão de equilíbrio. Qual deve ser o volume útil do reator?

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