Trabalho de Reatores Pronto

 

Seletividade e projeto de Reatores

Sumário 1.

2.

INTRODUÇÃO........... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ........................... .................3 3 1.1.

REAÇÕE ÕES SP PA ARALELAS......... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .....................3 ..........3

1.2.

REAÇÕES EM S SÉ ÉRIE........... ..................... ..................... ..................... ..................... ................................. ...................... 3

1.3.

REAÇÕE ÕES S COMPLEXAS......................................................................3

1.4. .4.

REAÇ AÇÕE ÕES S IIN NDEP EPEN END DEN ENT TES........... ...................... ..................... ..................... ..................... .....................3 ...........3

1. 1.5. 5.

RE REAÇ AÇÕE ÕES S DE DESE SEJA JADA DAS S E INDE INDESE SEJA JADA DAS S..............................................4

SELETIVIDADE.......... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... .......................... ............... 4 2.1.

REAÇÕE ÕES SP PA ARALELAS......... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .....................5 ..........5

2.2.. 2.2

MA MAXIM XIMIZA IZANDO NDO O PR PRODU ODUTO TO DES DESEJA EJADO DO P PAR ARA A UM R REA EAGEN GENTE TE...........5

2.3.. 2.3

SE SELEÇ LEÇÃO ÃO DE REA REAT TORE ORES S E CON CONDI DIÇÕE ÇÕES S OP OPER ERAC ACION IONAI AIS S....................6

3.

RENDIMENTO........... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................. ...... 8

4.

Cl! Cl!!" !"#" #"$ $%& %&'' () ()* *+' +' '' ,' ,'-' -' - - '/ '/0 0% %&' &'.......... ..................... ..................... ..................... .........................9 ..............9

5. .

Cl! Cl!!" !"#" #"$ $%& %&'' () ()* *+' +' ' $$', ',/' /'0+ 0+, ,* *+' +' R R+ +'0 '0! ! II- -" "!! / /0 0 R R% % !! S", S",/l /l! !.......... ..................... ..................... ..................... ............................. .................. 11

.................... ......... ..................... ..................... ............................. ..................9 9

 

.

REERNCIAS......... .................... ...................... ..................... ..................... ..................... .................................... .......................... 16

 

1. INTRODUÇÃO A distinção entre uma reação simples e uma reação múltipla é que a reaç reação ão si simp mple less requ requer er apen apenas as um umaa expr expres essã sãoo de ta taxa xa pa para ra de desc scre reve verr se seuu comportamento cinético, enquanto que reações múltiplas requerem mais do que uma expressão de taxa. Uma vez que as reações múltiplas são tão variadas em tipo e parecem tão pouco em comum, os princpios !erais que !uiam um projeto são di"ceis de serpodem esta#elecidos. $elizmente, isto não de ocorre, porque muitas reações múltiplas ser consideradas com#inações dois tipos prim%rios& reações paralelas e reações em série. 'xistem quatro tipos #%sicos de reações múltip múl tiplas las&& em sé série rie,, paral paralela elas, s, com comple plexa xass e indepe independe ndente ntes. s. 'sses 'sses tipo tiposs de reações múltiplas podem acontecer isoladamente, em pares, ou todas juntas. (uan (u ando do )% uma uma com# com#in inaç ação ão de reaç reaçõe õess pa para rale lela lass e em sé séri rie, e, el elas as sã sãoo "requentemente re"eridas como complexas.

1.1.

 REAÇÕES PARALELAS

São reações em que o rea!ente é consumido por duas rotas di"erentes de reação, resultando em dois produtos distintos&

1.2.

REAÇÕES EM SÉRIE

São reações em que o rea!ente "orma um produto intermedi%rio, que por  sua vez rea!e novamente para "ormar outro produto&

1.3.

REAÇÕES COMPLEXAS

São reações múltiplas que envolvem uma com#inação de reações em série e paralelas tais como&

1.4. .4.

REA EAÇÕ ÇÕES ES IND NDE EPE PEND NDE ENT NTES ES

São reações que ocorrem ao mesmo tempo, porém nem produtos nem rea!entes rea!em com eles pr*prios ou um com o outro.

 

1.5. 1.5.

REAÇ REAÇÕE ÕES S DE DESE SEJA JADA DAS S E IIND NDES ESEJ EJAD ADAS AS

São os rea!entes que são consumidos na "orma de um produto desejado, +, e na "ormação " ormação de um produto indesejado, U, em uma reação competitiva ou  paralela. a sequ-ncia sequ-ncia das reações paralela paralelas& s&

u na sequ-ncia das reações em série

 estudo da seletividade é importante para minimizar a "ormação de compostos indesejados, indesejados, reduzindo a complexidade e os custos de etapas  posteriores de puri"icação puri"icação do produ produto. to.

2. SE SELE LET TIV IVID IDAD ADE E A seletividade é "requentemente usada no lu!ar de rendimentos "racion%rios. 'la é !eralmente de"inida como se!ue&

A seletividade seletividade nos diz como um produto é "avorecido a outro quando temos reações múltiplas. /odemos quanti"icar a "ormação de + com respeito a U de"inindo a seletividade e o rendimento do sistema. A sseletividade eletividade instant0nea de + com relação a U é a razão entre a velocidade de "ormação de + 1r +2 e a velocidade de "ormação de U 1r U2.

utra de"inição de seletividade usada na literatura corrente,   3   4 , é dada em termos das vazões que saem do reator.   3   4  é a seletividade !lo#al.    

   

 

(uando se trata de um reator em #atelada, teremos que a seletividade !lo#al é dada em termos do número de mols de + e de U no "inal do tempo de reação&

2.1. REAÇÕES PARALELAS   5 preciso #uscar maneiras de minimizar o produto indesejado, U, por meio da seleção do tipo e das condições dos reatores. /ara reações competitivas

As leis de velocidades são&

A velocidade de consumo de A para essa sequ-ncia de reações é a soma das velocidades de "ormação de U e de +. 6omando as razões dessas velocidades, o#temos um par0metro de seletividade #aseado nas velocidades, S+4U, que deve ser maximizado&

2.2. MAXIMIZANDO O PRODUTO DESEJADO PARA UM REAGENTE 'xaminaremos maneiras de maximizar a seletividade instant0nea, S+4U  para para di" di"ere erente ntess ord orden enss de reação reação dos produt produtos os des deseja ejados dos e indesejados. 7aso 8& 98 : 9; para o caso em que a ordem de reação do  produto desejado "or maior do que a ordem de reação do produto indesejado, seja a um número positivo que é a di"erença entre essas ordens de reação 19 : ;, usar reator 7S6R. Su#produtos "ormados em reações em série requerem reatores /$R. Se 8 : ;, usar reator #atelada ou /$R. Se 8 > ;, )% um con"lito e neste caso é mel)or optar por al!um !rau de mistura junto com escoamento empistonado. Esto pode ser o#tido através atr avés de& Reatores 7S6R em série 1"i!ura 8a2 Um reator /$R com reciclo 1"i!ura 8#2

 

Uma com#inação de reatores 7S6R com /$R em série 1"i!ura 8c e 8d2  mel)or arranjo deve ser escol)ido em "unção do menor custo da unidade ap*s o projeto detal)ado da mesma. $i!ura 8& Reatores para reações múltiplas em série=paralelo

 

3. RENDIMENTO  /ara um rea!ente ou produto único, é a massa ou mols de um produto "inal dividido pela massa ou mols do rea!ente inicial ou de um rea!ente c)ave.

 

4. Cl! Cl!!"#"$ !"#"$%&' %&' ()* ()*+' +' ' ' , ,'-' '-' - '/0 '/0%&' %&' Reator 6anque=A!itado 6anque=A!itado 7ontnuo ou Reator de Retromistura ou Reator de Fistura 7ompleta 17S6R G continuous=stirred tan@ reactor ou 7$S6R G constant "loH stirred tan@ reactor2 'm um 7S6R um ou mais rea!entes "luidos são introduzidos no reator, equipado com um a!itador, enquanto o e"luente do reator é removido.  a!itador  mistura os rea!entes asse!urando uma )omo!eneização do sistema reativo.

 Figura 1 Reator CSTR

(uando em re!ime estacion%rio, a taxa m%ssica de alimentação dos rea!entes é i!ual I taxa m%ssica dos e"luentes. Assume=se a )ip*tese de que a mistura no interior do reator é per"eita, ou seja, não possui variações espaciais na concentração, temperatura ou velocidade de reação através do tanque, temperatura e concentração em qualquer ponto do reator são as mesmas no ponto de sada.  ormalmente, por questões questões econ econJmicas, Jmicas, utilizam=se re reatores atores em série, a "im de proporcionar uma alta conversão os quais em !eral são de taman)os di"erentes. Utilizado quando se necessita de a!itação intensa, podendo ser utilizado isoladamente ou em uma #ateria de reatores em série. 5 relativamente "%cil manter um #om controle de temperatura. A conversão do rea!ente por unidade de volume é a menor dentre os reatores com escoamento contnuo. São necess%rios reatores de !randes volumes para se o#ter uma alta conversão.

5. Cl Cl!!" !!"#"$ #"$%& %&'' ()* ()*+' +' ' $' $',/' ,/'0+ 0+,*+ ,*+'' Edeal & 'm reatores #atelada e tanques a!itados, ocorre a mistura completa do sistema reacional, com )omo!eneização )omo!eneização das das vari%veis do sistema sistema.. 'm reatores tu#ulares considera=se escoamento pistonado no qual não se o#servam alterações das vari%veis do sistema na direção axial.

 

 

ão=ideal&

'xiste uma distri#uição do tempo de resid-ncia que deve ser considerada considerada.. 'x& reação em inter"ace !%s=lquido quando um !%s é #or#ul)ado em um lquido. (ualidade de"iciente da mistura. 'x& reação em "ase !asosa em reator rec)eado de catalisador, com "ormação de canais pre"erenciais de escoamento. $ormação de zonas de esta!nação 1mortas2 e desvio de escoamento. 'x& "ormação de curtos=circuitos.

 Figura 2 comportamento não-ideal  não-ideal 

C',/'0+,*+' I-l 6!. N&' I-l 'xist-ncia de escoamentos não=ideais. Resultam em contato ine"icaz e conversões menores que no caso ideal. A não=idealidade não=idealidade precisa ser considerada& necessidade de se determinar a +6R G +istri#uição do 6empo de Resid-ncia. Reatores não=ideais t-m maior volume e4ou utilizam uma massa maior de catalisador que reatores ideais.

Reatoress Industriais  Figura 3 Características Gerais dos Reatore

 

 Figura 4 Va Vantagens ntagens e desantagens dos Reatores Reatores Industriais!

. R R+'0 +'0! ! I- I-"! "! / /0 0 R R% %! ! S S",/ ",/l! l!

#n$lise lise da aria%ão da concentra%ão em &un%ão do tempo em uma posi%ão  Figura " #n$  &i'a ou da aria%ão da concentra%ão concentra%ão em &un%ão da posi%ão no reator num tempo tempo &i'o!

Reatores 7ontnuos Se!undo evenspiel evenspiel 1;