Trabalho de Reatores Químicos
Por: gistoco • 3/4/2017 • Trabalho acadêmico • 1.504 Palavras (7 Páginas) • 294 Visualizações
OBJETIVO
Desenvolver um processo de obtenção de acetona a partir do isopropanol representando a empresa Flawless, com o uso de catalisadores (CSTR e PFR). Definir as respectivas massas de catalisador para uma produção de 20 mil toneladas por ano de acetona, considerando reatores isotérmicos, além de avaliar o efeito da perda de carga no caso do reator PFR. Por fim, realizar uma simulação do modelo matemático dos reatores PBRs utilizando os dois catalisadores diferentes.
INTRODUÇÃO
A empresa Flawless se encarregou de elaborar um processo a partir do isopropanol para obter uma produção desejada de 20 mil toneladas por ano de acetona. Para isso, o nosso grupo foi acionado na expectativa de fornecemos a melhor opção possível.
Para tal projeto o grupo decide utilizar dois tipos básicos de reatores:
- CSTR – leito fluidizado
- PFR – leito empacotado
No reator 1 utilizam-se partículas esféricas enquanto que no reator 2 utilizam-se partículas cilíndricas além de tubos com dimensões correspondentes à: 6 metros de altura e 50 milímetros de diâmetro.
Após os cálculos iniciais, o grupo parte para uma simulação do modelo matemático em um programa computacional (Polymath), seguidas de tentativas que buscam obter:
- A maior seletividade possível;
- Perda de carga inferior a 30% da pressão total;
- Temperatura máxima de alimentação no reator igual a 380°C;
- O fluido de aquecimento tem que estar no máximo 50°C acima da temperatura de entrada.
- A altura de catalizador deve ser maior que 4,5 m.
DESENVOLVIMENTO
Deseja-se estudar a produção de Acetona através do álcool isopropílico como reagente, utilizando-se reatores diferentes (CSTR e PFR) e dois tipos de catalizadores (catalisador 1 – 350 ºC; catalisador 2 – 250 ºC). A reação é a seguinte:
[pic 1]
A reação é irreversível, e utiliza-se o vapor d’água como diluente. A produção desejada de acetona é igual a 20000 toneladas/ano. A alimentação do álcool isopropílico e do vapor d’água segue uma proporção mássica de (85:15) e atinge-se uma conversão dos reagentes (X) de 95%.
Calcula-se a vazão molar de acetona desejada:
[pic 2]
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Através da conversão da reação e da estequiometria, pode-se obter a quantidade de álcool alimentado no reator.
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Tabela 1 - Estequiometria para a reação em estudo.
[pic 7] | [pic 8] | [pic 9] | |
Alim. | 0,01151 | - | - |
Cons./Prod. | 0,01093 | 0,01093 | 0,01093 |
Saída | 0,00058 | 0,01093 | 0,01093 |
Através da proporção mássica do álcool isopropílico e do vapor d’água (85:15), determina-se a fração molar inicial do álcool isopropílico ([pic 10]
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Com esse valor é possível calcular o coeficiente de expansão ().[pic 14]
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Para cada catalisador, dispõe-se de diferentes expressões, demonstradas a seguir com o cálculo da constante de equilíbrio (k) para a reação de primeira ordem.
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Com todos esses dados encontrados é possível iniciar o cálculo da massa de catalisador necessária para cada tipo de reator.
Primeiramente foi encontrada concentração inicial de A.
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Então foi calculada a massa de catalisador para reatores CSTR.
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Analogamente para o catalisador 2.
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Em seguida foram feitos os cálculos das massas para os mesmos catalisadores, porém utilizando reatores PBR. Foi também determinado o número de tubos necessários no reator e tempo de residência GHSV.
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Para o cálculo do número de tubos é necessário o volume que o leito ocupa dentro do tubo (volume total) e o volume de um tubo. Foi dada a porosidade do leito [pic 60]
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Como o volume de vazios = volume de sólidos = volume de catalisador.[pic 63]
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Analogamente para o catalisador 2.
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No caso dos reatores PFR deve-se considerar a perda de carga. Foram feitos cálculos de e . [pic 82][pic 83]
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Cálculo do diâmetro da partícula (área da seção do tubo (, densidade do gás na entrada do reator ( e velocidade (u). [pic 86][pic 87][pic 88]
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