Cálculo de Reatores

Cálculo de ReatoresMarcilene Rocha dos SantosOswaldo Luiz Borelli Jr.Vanessa Cristina de BiassioWagner Scheidt

Professora: Rubiane Ganascim Marques 1

Distribuições de Tempos de Residência para Reatores

Químicos

• Introdução

• Determinação e características da DTR

• DTR em reatores ideais

• Modelagem de reator com a DTR

• Modelos de zero parâmetros

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Introdução

Em reatores reais, existem escoamentos não ideais, resultando em um contato não eficaz em conversões menores do que em reatores ideais.

Leva-se em consideração três conceitos para descrever reatores não ideais:

•DTR em um sistema;

•Qualidade da mistura;

•Modelo usado para descrever o sistema.

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DTR

Todos os átomos que saem do reator permanecem dentro dele exatamente o mesmo tempo, este tempo de permanência dos átomos é chamado de tempo de residência.

A DTR de um reator é característica da mistura que ocorre no reator químico onde irá fornecer qual o tipo de mistura, sendo uma das formas de caracterização mais informativas do reator.

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Determinação da DTR

A DTR é determinada experimentalmente injetando-se uma substância chamada traçador, que é inerte, no reator no tempo t=0, mede-se a concentração do traçador no efluente em função do tempo. Existem dois métodos de injeção que são mais utilizados: entrada de tipo pulso e entrada de tipo degrau.

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Entrada tipo pulso

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Entrada tipo Pulso

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Entrada tipo Degrau

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Características da DTR

A E(t) pode ser chamada de função de distribuição da idade de saída, esta se refere à distribuição de tempos de residência na saída do efluente.

Figura 13-5

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Características da DTR

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Características da DTR

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DTR em Reatores Ideais

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DTR em Reatores Ideais

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DTR em Reatores Ideais

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DTR em Reatores Ideais

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DTR em Reatores Ideais

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DTR em Reatores Ideais

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Modelando o Reator com a DTR

Podemos utilizar a DTR para prever a conversão de um reator real. A DTR informa a intensidade de mistura global no reator mas não sabemos o grau de mistura no nível molecular. Para equações de primeira ordem desconsidera-se a mistura que ocorre com moléculas vizinhas sendo que o conhecimento de tempo que cada molécula permanece no reator é tudo que se precisa para prever a conversão.

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Modelos de Zero Parâmetros

• Modelo Segregado

No modelo de escoamento segregado para um CSTR visualizamos o escoamento através do reator como sendo constituído por uma série contínua de glóbulos.

Figura 13-14

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Modelos de Zero Parâmetros

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•Modelo de Atraso Máximo

Para um PFR o fluido escoa ao longo do reator de forma uniforme, cada corrente de saída corresponde a um tempo de residência específico do reator.

Figura 13-15

Modelos de Zero Parâmetros

• Modelo de Antecipação Máxima da Mistura

Ocorre em reatores de escoamento uniforme com entradas de alimentação laterais, onde o fluido entra no reator ao longo do seu comprimento, por isso a mistura ocorre no momento mais antecipado possível que seja consistente com a DTR.

Figura 13-16

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Modelos de Zero Parâmetros

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Modelo Para Reatores Não Ideais

• Introdução

• Modelos de um parâmetro

• Modelos de dois parâmetros

• Outros modelos não ideias para CSTR’s e PFR’s

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Introdução

Nem todos reatores apresentam mistura perfeita, assim como nem todos os reatores tubulares apresentam um comportamento de escoamento uniforme.

Necessitamos então de algum meio que nos permita considerar este desvio do comportamento ideal.

Para modelar um reator real, utiliza-se combinações e modificações de reatores ideais.

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Modelos de Um Parâmetro

Utiliza apenas um parâmetro para levar em conta a não idealidade do reator. Este parâmetro quase sempre é avaliado pela DTR, a partir de um teste com um traçador.

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Modelos de Um Parâmetro

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Modelos de Um Parâmetro

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Modelos de Um Parâmetro

• Modelo de Dispersão

É utilizado para descrever reatores tubulares não-ideais. Neste modelo existe uma dispersão axial do material, então devemos considerar a injeção de um pulso perfeito de traçador.

Figura 14-3

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Modelos de Um Parâmetro

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Modelos de Um Parâmetro

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Modelos de Um Parâmetro

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Modelos de Um Parâmetro

• Dispersão em Leitos de Recheio

Para reações catalíticas gás-sólido que ocorra em reatores de leito recheio, podemos encontrar o coeficiente de dispersão através da figura abaixo:

Figura 14-5

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Modelos de Um Parâmetro

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Modelos de Um Parâmetro

• Determinação experimental de D.

O coeficiente de dispersão pode ser determinado com um teste de traçador do tipo pulso. Com os dados da concentração do efluente calculamos o tempo médio de residência e a variância para determinar D.

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

É modelado através da combinação de dois parâmetros ajustáveis (ex: volume e vazão). Normalmente a forma mais simples de obter estes dados é através de injeção de traçador.

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

• Desvio e Espaço Morto

Leva-se em consideração que um CSTR real pode ser modelado com a combinação de um CSTR ideal de volume Vs, em uma zona morta de volume Vd, em um desvio com uma vazão vb.

Figura 14-11

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

• Utilização de um traçador

Utiliza-se um sistema com vazão de corrente de desvio vb e volume morto Vd, para se modelar um reator real.

Figura 14-12

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

• CSTR Real Modelado como Dois CSTRs Interconectado

Possui um região altamente misturada na vizinhança do agitador, fora deste, existem regiões com menos agitação. Existe um alta transferência de massa entre as duas regiões.

Figura 14-13

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Modelagem de Reatores Reais por Meio de Combinações de Reatores Ideais

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Conclusão

Pode-se concluir que a DTR é um dos parâmetros de maior relevância utilizado para dimensionar reatores.

Cada tipo de reator possui um modelo diferente para a elaboração de um modelo apropriado, a DTR nos fornece dados importantes para conseguirmos modelar um reator real.

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• http://www.enq.ufsc.br/dtr2002roteiro_pratica.pdf

• http://www.engin.umich.edu/~cre/course/lectures/thirteen/index.htm

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