Reator Tubular

Reator Tubular 

Características Principais

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Principais Utilizações

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Vantagens

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Desvantagens 

Exemplos de aplicação na web

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Trabalhos relevantes desenvolvidos com este reator

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Este reator recebe na literatura os nomes de d e reator com escoa (PFR  –  Plug Flow Reactor), reator tubular ideal (Ideal Tubular com escoamento sem mistura (Unmixed Flow). Consiste de um tubo vazio por onde passa a mistura reacional. Os reagentes são continuamente consumidos à medida que qu e 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. É utilizado especialmente em reações em fase gasosa. Manutenção relativamente fácil Produz a conversão mais alta por volume de reator dentre os r escoamento. Difícil de controlar a temperatura do reator, podendo ocorrer p quando a reação é exotérmica. Fotodegradação de dimetil sulfeto em fase gasosa utilizando r contendo TiO2/H5PW10V2O40 - Laboratório de Ciências Qu Universidade Estadual do Norte Fluminense - Trabalho inscrit Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. Imobilização da enzima ascorbato oxidase em reator tubular p quantificação amperométrica amperométrica de ácido ascórbico em amostras Núcleo de Pesquisa em Instrumentação e Separações Analític Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas, UFJF - Trabalho inscrito na 32ª Reunião An Sociedade Brasileira de Química. Inspeção de Reatores Tubulares por Correntes Parasitas - Indú petroquímicas que atuam no ramo de fabricação do PVC têm, plantas, um equipamento de fundamental importância no proc chama reator tubular... Flutuações Estocásticas para a Distribuição de Tempos de Res Reator Tubular de Polimerização - A caracterização da fluido reator tubular de polimerização foi realizada através da técnic estímulo, sendo usada a perturbação com traçador... Estudo da intensidade luminosa no cultivo de Arthrospira (Spi platensis em reator tubular utilizando sulfato de amônio como nitrogênio por processo descontínuo alimentado - Neste trabal

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verificados a influência de diferentes intensidades luminosas e alimentação utilizando o sulfato de amônio, em cultivos realiz reatores tubulares por processo descontínuo alimentado... Desenvolvimento de processo contínuo de copolimerização e reator tubular - O objetivo deste trabalho é apresentar o desen uma copolimerização em emulsão de acetato de vinila e acrilat uma coluna pulsada com pratos perfurados (CPPP). A fim de flexibilidade operacional, a coluna é composta de 5 seções... Simulação da combustão de carvão pulverizado em reator tub condições das ventaneiras do alto-forno - A injeção de carvão através das ventaneiras é uma boa maneira de substituir coque estabilidade de um alto-forno. Esta técnica abriu opções...

SIMULAÇÃO DE UM REATOR TUBULAR PARA A OBTENÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO INTRODUÇÃO Na nova era, a informação e o conhecimento assumem grande importância na preparação dos indivíduos e empresas ao entendimento e a adaptação a realidade. A simulação é então uma das ferramentas que permite aos diversos profissionais, realizar as atividades que se propõe. Através dela eles podem adquirir capacidade de identificar, formular e solucionar problemas ligados às atividades do projeto, operação e gerenciamento do trabalho e do sistema de produção de bens e/ou serviços (Gavira, 2003). A simulação de sistemas é um método numérico de resolução de sistemas, que consiste na observação do desempenho de um modelo que representa um sistema definido a partir do problema a ser resolvido (Clovis, 1995). A simulação computacional pode ser utilizada para a aquisição, organização e construção do conhecimento e da visão sistemática. Esse

recurso favorece a educação e o treinamento das pessoas, e consequentemente, sua adaptação às rápidas mudanças da sociedade. É um modelo empregado para estudar o desempenho de um sistema por meio da formulação de um modelo matemático, o qual deve reproduzir, de maneira mais fiel possível, as características do sistema original (Gavira, 2003). Desta forma, o analista precisa selecionar a estrutura conceitual na qual o modelo vai se apoiar para a descrição do sistema (Soares, 1990). Neste trabalho, estuda-se o desenvolvimento e a aplicação de um programa computacional de simulação na linguagem FORTRAN utilizando uma sub-rotina chamada IVPRK. Para a projeção do reator, foi necessário o uso de equações diferencias ordinárias devido à complexidade da expressão da taxa de reação. O presente trabalho descreve o comportamento de um reator utilizado na fabricação de ácido sulfúrico. A primeira etapa consiste na queima de enxofre em uma fornalha para a formação de dióxido de enxofre (SO2). Após este passo, o dióxido de enxofre é convertido a trióxido de enxofre (SO3), utilizando um catalisador, o qual é a base de vanádio suportado, conforme demonstrado na Equação 1. 223 1 2 SO + O → SO

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Portanto, a simulação se baseia num reator tubular, ou seja, de fluxo continuo, que possui no interior de seus tubos o catalisador e, cujas paredes são resfriadas por um líquido em ebulição a

temperatura constante. O reator tubular é um tipo de reator muito usado na indústria, consistindo em um tubo cilín-drico geralmente operando em regime estacionário, como é o caso do reator simulado. Neste reator os reagentes são consumidos à medida que avançam ao longo de seu comprimento (Fogler, 2002). Devido ao fato do reator simulado neste projeto operar em regime estacionário, pode-se afirmar que a conversão dos reagentes em produtos é independente do tempo em cada ponto do sistema (Incropera e DeWitt, 1996). O ácido sulfúrico é o ácido mais importante economicamente. Na década de 60, a quantidade de ácido sulfúrico produzido e consumido em um país avaliava o grau de desenvolvimento industrial do mesmo. Este produto químico tem destaque na produção de fertilizantes agrícolas, como os superfosfatos e o sulfato de amônio. É ainda utilizado nas indústrias petroquímicas (no refino de petróleo), de papel, de corantes, na produção de compostos orgânicos, de outros ácidos, na limpeza de metais e ligas metálicas, e nos acumuladores de chumbo (baterias de automóveis) (Usberco e Salvador, 2002). Uma das principais propriedades do ácido acima citado é a sua ação oxidante e, principalmente desidratante, quando concentrado. Assim, ele carboniza os carboidratos, como os açúcares, o amido e a celulose, o que ocorre devido a desidratação desses materiais (Usberco e Salvador,

2002).

Figura 1 – Modelo estruturado do programa desenvolvido RESULTADOS E DISCUSSÃO Pela Figura 2 é possível observar que, quase linearmente, a medida que os reagentes passam pela massa de catalisador, aumenta a conversão, ou seja, mais produto vai sendo formado. Porém a taxa de conversão é pequena, sendo necessárias algumas mudanças nas condições do reator para aumentar a eficiência do processo. Principal Inicial IVP RK FCN Dados Entalpia Somatório Pressões Taxa Constantes Figura 2 – Gráfico da conversão em função da massa do catalisador. A Figura 3 demonstra o perfil da temperatura à medida que os reagentes passam pela massa de catalisador. É possível observar que aproximadamente a partir das 17 lb de catalisador, ou seja, pouco mais que a massa total do catalisador, a temperatura já permanece praticamente constante. Figura 3 - Gráfico da temperatura em função da massa do catalisador.

O programa computacional desenvolvido apresenta as características observadas na Figura 4. Neste programa é encontrada, na primeira coluna a numeração de passos, na segunda coluna a massa do catalisador utilizado, na terceira coluna a conversão da matéria prima em produto e a temperatura é observada na quarta coluna. Figura 4 – Visualização do programa rodado Caso seja necessária alguma alteração nos dados iniciais, na taxa de reação ou em algum outro ponto do projeto, é possível apenas uma mudança na sub-rotina especifica, para a obtenção de um programa com características ou diferentes. CONCLUSÃO Com a realização do programa apresentado é possível dizer que os resultados obtidos são coincidentes com os esperados teoricamente, já que no caso da produção de acido sulfúrico, a medida que os reagentes passam através do catalisador dentro do reator aumenta quase que linearmente a formação dos produtos. Isto foi observado através do gráfico construído a partir dos dados obtidos no programa desenvolvido. NOMENCLATURA ∆Cp = somatório das capacidades caloríficas dos

reagentes e do produto (Btu.lbmol -1 .°R -1 ). D = diâmetro do reator (ft).

dCp = variação da capacidade capacidade calorífica. dW dT = derivada da temperatura em função da massa do catalisador. dW dX = derivada da taxa de conversão dos reagentes em função da massa do catalisador. ε = coeficiente de expansão.

FA0 = vazão molar de alimentação (lbmol.h -1 .tubo 1 ). ∆H = variação da entalpia (Btu.lbmol SO2

-1 ). k = constante de velocidade (lbmol SO2.lb -1 cat -1 . s -1 . atm

-1 ). Kp = constante de equilíbrio (atm -1/2 ). mL = massa específica do leito de partículas (lb.ft 3 ). PA0 = pressão total de alimentação (atm). 2 PSO = pressão parcial do reagente SO2 (atm). O2 P = pressão parcial do reagente O2 (atm). 3 PSO = pressão parcial do produto SO3 (atm). R = constante dos gases ideais (Btu.lbmol -1 .°R -1 ). rA = taxa de reação (lbmol/ft 3 ). T = temperatura (°R).

Ta = temperatura do fluído refrigerante (°R). U = coeficiente de transferência de calor (Btu.h 1 .ft -2 .°R -1 ). X = taxa de conversão dos reagentes (mol.ft -3 ). SO2 Θ = fração de SO2 de alimentação do reator.

2 Θo

= fração de O2 de alimentação do reator. 3 ΘSO

= fração de SO3 de alimentação do reator. ∑ΘiCpi = somatório das frações de alimentação de

cada composto multiplicada pela capacidade calorífica de cada componente (Btu.lbmol -1 .°R -1

) Reator Tubular Ideal (PFR) É aquele no qual elementos de fluido reagentes (plugs) movem-se através de um tubo, como plugs movendo paralelo ao eixo do tubo. Este modelo de fluxo é referido como

plug flow ou fluxo empistonado. O perfil de velocidade em uma dada seção transversal é achatado e assume-se que não existe difusão axial ou mistura de elementos de fluido. As variáveis como temperatura e composição variam com a posição ao longo do comprimento do reato