NOME DO ACADMICO

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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC

CURSO DE ENGENHARIA QUMICA

DANIELA ZAPELINIELOISA CONSENSOMARCELO DE OLIVEIRA PINTO

TEMPO DE RESIDNCIA EM REATORES

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CRICIMA 2014DANIELA ZAPELINIELOISA CONSENSOMARCELO DE OLIVEIRA PINTO

TEMPO DE RESIDNCIA EM REATORES

Trabalho apresentado disciplina de Clculo de Reatores II.

Professor: Maykon Cargnin

CRICIMA 2014

1.INTRODUO

Este trabalho apresenta uma soluo analtica obtida pelo mtodo de expanso para cintica espacial usando o modelo de difuso e considerando meios homogneos multiplicativos sub crticos acionados por fonte externa. Em particular,partindo de modelos mais simples e aumentando a complexidade do sistema..

2 . Referencial TericoDois tipos de escoamento ideais so conhecidos e empregados em projetos: o tubular empistonado ("plug flow") e o de mistura perfeita ("backmix flow"). Os mtodos de projeto baseados nestes modelos de escoamento so relativamente simples, e em grande parte dos casos, o escoamento se aproxima com erro desprezivel do comportamento ideal. Por outro lado, os projetos que levam em conta os desvios da idealidade so mais complexos e ainda no esto bem desenvolvidos (Froment e Bischoff, 1979). Os desvios podem ser causados pela formao de canais, pelo reciclo de fludo, pelo aparecimento de regies estagnantes no recipiente ou por outros fenmenos no considerados nas hipteses dos modelos ideais.Os problemas de escoamento no ideal esto intimamente ligados ao aumento de escala, pois a questo de se partir ou no para as unidades piloto reside em grande parte em possuir o controle de todas as variveis mais importantes envolvidas no processo. Geralmente, o fator no controlado no aumento de escala a grandeza da no idealidade do escoamento, e esta, frequentemente, muito diferente para unidades pequenas ou grandes. Portanto, o desconhecimento desde fator pode levar a erros grosseiros no projeto (Levenspiel, 1972).No projeto do reator com escoamento no ideal necessrio saber o que esta acontecendo dentro do vaso. O ideal se ter um mapa completo da distribuio de velocidade para o fludo, o que muito difcil de ser obtido. Para superar estas dificuldades, existe um nmero mnimo de parmetros que devem ser determinados a fim de que o projeto seja possvel. Em muitos casos, o conhecimento do tempo em que as molculas individuais permanecem no recipiente, isto , qual a distribuio do tempo de residncia do fludo que est escoando, suficiente para o projeto

1.Tempo de Residncia em Reatores No Ideais evidente que elementos de fludo que percorrem diferentes caminhos no reator podem gastar tempos diferentes para passarem atravs do recipiente. A distribuio destes tempos para a corrente que deixa o recipiente chamado de distribuio do tempo de residncia (DTR) do fludo. conveniente representar a funo DTR de tal maneira que a rea sob a curva seja unitria, isto ,

onde E a funo DTR do fluido de sada do recipiente. Este procedimento chamado de normalizao da distribuio. Com essa representao, a frao da corrente de sada com tempo de residncia ou idade entre t e t+dt :,

e a frao da corrente com tempo de residncia ou idade inferior a t1 :

enquanto que a frao com tempo de residncia ou idade superior a t1 :

Tem-se ainda que:

Em um reator de fluxo empistonado ideal (PFR - plug flow reactor) todos os tomos do material que deixa o reator permaneceram dentro deste pelo mesmo perodo de tempo.Analogamente, em um reator batelada ideal todos os tomos dos materiais dentro do reator ficaram por um tempo idntico neste. O tempo que os tomos passaram dentro do reator denomina-se tempo de residncia.Os dois exemplos anteriores so os nicos casos em que temos todos os tomos com o mesmo tempo de residncia. Em todos os outros tipos de reatores teremos uma distribuio de tempos de residncia. A distribuio do tempo de residncia de um reator uma caracterstica da mistura que ocorre neste em nvel macroscpico.A distribuio do tempo de residncia medida injetando um material inerte traador na entrada do reator em um tempo t = 0 e medindo sua concentrao na corrente afluente em funo do tempo. Este traador, alm de ser inerte e facilmente detectado, dever ter propriedades similares quelas da mistura reacional e ser completamente solvel na mistura. Ele tambm no pode adsorver nas paredes ou em outras superfcies no reator.Normalmente, so utilizados corantes ou materiais radiativos como traadores. As duas formas mais comuns de injeo so o pulso e o degrau.

No Pulso temos uma quantidade de traador, N0, rapidamente injetada na alimentao do reator e sua concentrao na sada monitorada em funo do tempo. A quantidade de traador deixando o reator entre o tempo t e t + t ser:

N = C(t)vtOnde:C(t): concentrao do traador na sada do reatorv: vazo volumtrica do efluenteN representa a quantidade de traador que ficou no reator por um tempo entre t et + t. Dividindo pela quantidade de traador adicionada, N0, obtemos:

3 .Aplicao

Por exemplo, considere um reator tubular que tem 20m de comprimento e 0,2 de volume, se a vazo volumtrica fosse 0,01 , seria :

Esse tempo seria o tempo mdio que as molculas gastam dentro do reator.Uma faixa de tempos tpicos de processamento em termos de tempo espacial para reatores industriais e mostrada na tabela 1.

Tabela 1: Tempos espaciais tpicos para reatores industriais.Tipo de ReatorFaixa do Tempo de Residncia Capacidade de Produo

Batelada15 min a 20 hPoucos kgdia a 100.000 tano

CSTR10 min a 4 h10 a 3.000.000 tano

Tubular 0,5 a 1 h50 a 5.000.000 tano

Fonte: Trambouze, Landeghem, and Wauquier, Chemical Reactors, p. 154 (Paris: Editions Technip, 1988; Houston: Gulf Publishing Company, 1988).

A tabela 2 mostra tempos espaciais para seis reaes e reatores industriais.

Tabela 2: Exemplos de tempos espaciais industriais.ReaoReatorTemperatura(C)Presso(atm)Tempo Espacial

C2H6 C2H4 + H2PFR86021 s

CH3CH2OH + HCH3COOH CH3CH2COOH3 + H2OCSTR10012 h

Craqueamento CatalticoPBR490201s