Projeto CSTR - Vinagre

8/17/2019 Projeto CSTR - Vinagre

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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASILÁREA DE TECNOLOGIA E COMPUTAÇÃO

TG1

PROJETO DE REATOR DE MISTURA PERFEITA (CSTR) EM REGIMEPERMANENTEPARA DETERMINAÇÃO DE CURVA DE DISTRIBUIÇÃO DO

TEMPO DE RESIDÊNCIA

Alice Silva Lemos, Chrislei Rizzatti eDouglas Milan TedescoProfessora: Magda Beatriz alant !rancoisDisci"lina: Cin#tica e Calculo de Reatores

Canoas, Mar$o de %&'()


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SUMARIO

1. TÍTULO DO EXPERIMENTO............................................................................................42. E UIPE.................................................................................................................................5!. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................6". JUSTIFICATIVA...................................................................................................................8#. OBJETIVOS.........................................................................................................................8$. REFERENCIAL TE%RICO................................................................................................9

$.1. T&' *& R&+,*- /,0................................................................................................9$.2. D,+ ,34,56 * &' *& R&+,*- /,0 (RTD)......................................................9$.!. M7 * E+ 8'49 : &+ + 0.......................................................................................9$.!.1 P& 4 3056 &' P49+........................................................................................9$.!.2 P& 4 3056 &' D&; 04.....................................................................................9

< METODOLOGIA...............................................................................................................9


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ÍNDICE DE E UAÇ@ESE 4056 1 S&;4 *0 L&, *& F,/ .)))))))))))))))))))))))))))))E I *,/0* 6 *& , ,* .E 4056 2 S&;4 *0 L&, *& F,/ &' & ' + *& 056 ' ++,/0. E I *,/0*

6 *& , ,* .E 4056 ! E 4056 *0 056 ' ++,/0.))))))))))))))))E I *,/0* 6 *& , ,* .E 4056 " P ,'&, 0 L&, *& F,/ .)))))))))))))))))))))))))))))E I *,/0* 6 *& , ,* .E 4056 # P ,'&, 0 L&, *& F,/ &' & ' + *& 056 ' ++,/0. E I *,/0*

6 *& , ,* .E 4056 $ P ,'&, 0 L&, *& F,/ &;,'& & '0 & & 4 ,*,'& +, 09.)))))))EI *,/0* 6 *& , ,* .E 4056 < P ,'&, 0 L&, *& F,/ &' & ' + *& 056 ' ++,/0 &;,'&

& '0 & & 4 ,*,'& +, 09.))))))))))))))))))))))))))))))))))))))E I *,/0* 6 *& , ,* .


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ÍNDICE DE TABELAST03&90 1 D, 4+, ,*0*& E & , 0 M7*,0 *0 M056 V0 ,&*0*& F4H, C '& /,09)))EI *,/0* 6 *& , ,* .T03&90 2 D& & ', 056 * C & ,/,& & *& D, 4+, ,*0*& *0 Á;40 0 M056)))))))''


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1. TÍTULO DO EXPERIMENTODetermina$*o da curva de concentra$*o versus tem"o de resid+ncia de um

Reator de Mistura Perfeita “Continuous Stirred Tank Reactor” - CSTR. em regime

"ermanente)

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2. E UIPE Alice Silva LemosChrislei Rizzatti

Douglas Milan Tedesco

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!. INTRODUÇÃOReatores /u0micos s*o e/ui"amentos onde ocorrem as rea$1es /u0micas

atrav#s de uma s#rie de vari2veis f0sico3/u0micas 42 "reviamente controladas, como

tem"eratura e "ress*o) 5 "ro4eto de um reator deve, "rioritariamente, garantir /ue area$*o ocorra nas condi$1es ideais de "rocessamento, de modo a aumentar aefici+ncia alto rendimento e m0nimo custo energ#tico. na "rodu$*o do "roduto finaldese4ado) C56T7895, SD.

;istem tr+s ti"os "rinci"ais de reatores: Reator em Batelada Reator Pistonado Reator de !lu;o Pistonado -P!R. e o Reator de MisturaPerfeita “Continuous Stirred Tank Reactor” - CSTR.) 5 reator CSTR, foco de estudo

neste tra?alho, # um reator ideal de tan/ue agitado com escoamento constante)Dentro do tan/ue, os reagentes s*o uniformemente misturados e agitados, de modoa garantir /ue sua corrente de sa0da se4a a mesma de seu interior, o /ue #denominado como escoamento de mistura "erfeita)

Diversas vari2veis afetam o desem"enho de um reator /u0mico, como:@olume, Tem"eratura, Press*o, Concentra$*o dos reagentes, Coeficientes deTransfer+ncia de Massa e Tem"o de Resid+ncia ! BR A, %&'%.)

At# o momento estudou3se reatores e seu com"ortamento ideal, no entantosa?e3se /ue tanto reatores /uanto /ual/uer outro e/ui"amento real desviam docom"ortamento ideal)

ste afastamento da idealidade "ode ocorrer "or diversos motivos, como"oss0veis falhas no "ro4eto ou na constru$*o, como volume morto, e tam?#m "elanatureza do escoamento no interior de um reator)

Ao levar em considera$*o esses desvios de idealidade, teremosconhecimento mais a"ro;imado do /ue est2 acontecendo dentro dele)

De acordo com !ogler %&& , ") (.,o estudo do com"ortamento deescoamentos n*o3ideais em reatores "ode ser descrito "or tr+s conceitos:distri?ui$*o de tem"os de resid+ncia num sistema, a /ualidade da mistura e modelousado "ara descrever o sistema) m um reator ideal de escoamento uniforme, todosos 2tomos /ue saem do reator "ermanecem dentro dele e;atamente mesmo tem"o)

Levens"iel %&&&, ") %' . e;"lica /ue em muitos casos, n*o # necess2riorealmente conhecer com"letamente o escoamento, ?astando sim"lesmente sa?er /uanto tem"o as mol#culas individuais "ermanecem no vaso, ou mais "recisamente

a distri?ui$*o do tem"o de resid+ncia RTD. do fluido escoando) 5 tem"o em /ue os

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2tomos "ermanecem no reator # chamado de tem"o de resid+ncia !5 L R, %&& ,") .)

Com estes entendimentos, neste "resente "ro4eto, ser2 constru0da uma curva

de determina$*o do tem"o de resid+ncia "ela concentra$*o do escoamento n*oideal)

Ser2 constru0da a curva de distri?ui$*o dos tem"os de resid+ncia "ara umreator CSTR "ro4etado "ara este fim)

Ser2 realizado o "ro4eto de constru$*o de um reator CSTR e uma eta"a"osterior ser2 determinada a curva de distri?ui$*o dos tem"os de resid+ncia doreator)

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". JUSTIFICATIVA

5 "resente "ro4eto foi ela?orado "ara melhor com"reender o escoamento

n*o3ideal de um fluido em um reator do ti"o mistura /ue est2 su4eito a sofrer modifica$1es /ue est*o condicionadas Es caracter0sticas do e/ui"amento) Paramelhor caracterizar o desem"enho deste e/ui"amento h2 /ue se investigar amaneira como o fluido escoa "elo dis"ositivo, em outros termos, a natureza doescoamento ou a macro3mistura) Para isto, # necess2rio conhecer o tem"o /ue cada"or$*o de fluido "ermanece dentro do dis"ositivo)

sta informa$*o so?re a distri?ui$*o de idades das "or$1es de fluido na

corrente de sa0da do e/ui"amento, ou se4a, a distri?ui$*o dos tem"os de resid+nciaDTR. do fluido em escoamento "ode ser facilmente o?tida atrav#s do uso de uma

t#cnica e;"erimental am"lamente utilizada, denominada t#cnica de est0mulo3res"osta com in4e$*o de tra$adores)

#. OBJETIVO GERAL5 o?4etivo geral deste "ro4eto # a determina$*o da curva de distri?ui$*o do

tem"o de resid+ncia de um reator ti"o mistura, em regime "ermanente, atrav#s deum modelo e;"erimental de reator, ?em como com"ara$*o deste resultadoe;"erimental com o encontrado na literatura referente) A"Fs modelar os dados"r2ticos e;tra0dos, ser2 realizada tal com"ara$*o com o referencial teFrico "aramelhor a"ro;ima$*o)

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$. REFERENCIAL TE%RICO$.1. T&' *& R&+,*- /,0

$.2. D,+ ,34,56 * &' *& R&+,*- /,0 (RTD)

$.!. M7 * E+ 8'49 : &+ + 0

Segundo SassaGi %&&H., a t#cnica e;"erimental utilizada "ara estudar adistri?ui$*o de tem"os de resid+ncia de um fluido num e/ui"amento # a deest0mulo3res"osta, /ue consiste em in4etar um tra$ador na entrada dodis"ositivo e em o?servar as concentra$1es de tra$ador nas amostrascoletadas na sa0da deste dis"ositivo) A in4e$*o # feita de maneira conhecida,/ue "ode ser de diferentes formas: aleatFria, "ulso, degrau, etc) stes sinaisest*o ilustrados na !igura ')Para o "ro4eto em /uest*o, ser2 realizada somente E in4e$*o ti"o "ulso "or ser mais sim"les de ser a"licada, al#m de atender de forma "lenamentesatisfatFria ao /ue foi "ro"osto)

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!igura ' - Re"resenta$*o es/uem2tica de alguns ti"os de in4e$*o /ue "odem ser utilizadosno m#todo est0mulo3res"osta) !onte: SassaGi, %&&H)

$.!.1 P& 4 3056 &' P49+

8este caso, uma /uantidade detra$ador # re"entinamente in4etada deuma sF vez na corrente de alimenta$*o /ueentra no reator, em um tem"o t*o curto/uanto "oss0vel) A concentra$*o desa0da # ent*o medida em fun$*o do tem"o

Santana, %&'I.

5 est0mulo ti"o "ulso # matematicamente definido "or:

/ua$*o '

5nde :

t J tem"ot& J tem"o inicial

Se o est0mulo ocorrer no instante t& J &, a transformada de La"lace deste est0mulo #dada "ela seguinte e/ua$*o:

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/ua$*o %

C4 0 *&&+ + 0 &'&0 *&

',+ 4 0 ,*&09(CSTR)

m

"ertur?a$*o do ti"o "ulso no escoamento, a alimenta$*o se misturainstantaneamente no conteKdo do reator e a com"osi$*o da corrente efluente

sa0da. # e;atamente a mesma /ue a com"osi$*o do fluido dentro do reator) A concentra$*o do tra$ador na corrente dei;ando o CSTR ideal tem um

m2;imo em tJ& e diminui continuamente ao longo do tem"o, conforme o?servado nafigura % Santana, %&'I.)

!igura % 3 curva de res"osta do tra$ador em reator de mistura idealCSTR.)

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$.!.2 P& 4 3056 &' D&; 04

< METODOLOGIA


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> CRONOGRAMA As eta"as "ara a determina$*o da curva de distri?ui$*o do tem"o de

resid+ncia e concentra$*o de um reator ti"o mistura, em regime "ermanente ser*o

e;ecutadas conforme o cronograma a"resentado na Ta?ela %)T03&90 1 E 0 0+ 0 0 D& & ', 056 *0 /4 0de distribuição do tempo de residência

E 0 0 M0 5 A3 ,9 M0, J4 J49scolha do reator

Determina$*o do M#todola?ora$*o do Pro4etontrega do Pro4eto

Realiza$*o do ;"erimento A"resenta$*o dos Resultados 5?tidos

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'& REFERÊNCIAS

5CTA@ , L @ 8SP7 L)Engenharia das Reações Químicas . % ed),S*o Paulo, SP:%&& , H(I ")

COUTINHO, D. – Sistemas com ea!"o #$%mica, De&a'tame(to )e *$toma!"o e Sistemas)a U(i+e'si)a)e e)e'a- )e Sa(ta Cata'i(a. Dis&o(%+e- em /tt& )as.$ sc. ' co$ti(/o*cessa)o em 22 04 2014.

CTUC, 2007 – ac$-)a)e )e Ci (cias e Tec(o-o ias )a U(i+e'si)a)e )e Coim 'a – o't$ a-. a o'at:'io ;i't$a- )e 'ocessos #$%micos. Dis&o(%+e- em /tt& -a +i't$a-.ees )e tem&os )e 'esi) (cia &a'a 'eato'es

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