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Reatores1º semestre 2009

Prof. Dr. Marco Antonio Pereirapereira@marco.eng.br

Site do Cursowww.marco.eng.br/reatores

BibliografiaElementos de Engenharia das Reações QuímicasH. Scott Fogler - 3ª EdiçãoLTC - Livros Técnicos Científicos Editora

Engenharia das Reações QuímicasOctave Levenspiel – 3ª Edição Editora Edgard Blucher Ltda

Introduction to Chemical Reaction Engineering and KineticsR.W.Missen, C.A.Mims and B.A.SavilleJohn Wiley & Sons

O QUE É UM REATOR ?

1 -É um vaso de pressão de aço inox com capacidade de suportar altas temperaturas e pressões dentro dos limites pré –estabelecidos através de estudos.

2 -Reator é um tanque no qual pode ser aberto para realizar misturas ou fechado para suportar reação e pressão gerada durante o processo de fabricação de um determinado produto.

O QUE É UM REATOR ?

“A cinética química e o projeto de reatores estão no coração de quase todos os produtos químicos

industriais.É, principalmente, o conhecimento da cinética química

e o projeto do reator que distinguem o engenheiro químico dos outros engenheiros”

(Fogler)

IntroduçãoFamiliarizar estudantes com a terminologia e

conceitos das Engenharias das Reações Químicas.

Integrar para o estudante o uso da Cinética Química no projeto de reatores químicos.

Desenvolver e reforçar habilidades matemáticas necessárias para o projeto de reatores químicos.

Objetivos

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Estrutura Equação Geral de Balanço de Massa[Entra] = [Sai] + [Reage] + [Acumula]

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡+

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

volumede elementono reagente do

acúmulo de Taxa

volumede elementono Química Reaçãoà devido reagentede consumo de Taxa

volumede elementodo fora para reagentede escoamento de Taxa

volumede elemento dodentro para reagente

de escoamento de Taxa

Equação Geral de Balanço de Energia[Entra] = [Sai] + [Reage] + [Acumula]

⎥⎥⎥

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⎤

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⎡+

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⎤

⎢⎢⎢⎢

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⎡

+⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

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⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

volumede elementono energia de

acúmulo de Taxa

volumede elementono química reação

pela consumidaenergia de Taxa

volumede elementodo sai que

energia de Taxa

volumede elementono entra que

energia de Taxa 1. Tipo de processo : Descontínuo, Contínuo ou Semi Batelada

2. Tipo e natureza do sistema reagente :Reagente(s) e produto(s) Reação Simples e Complexa.

Estequiometria Número de Fases PresentesReação Catalítica Reação Endo ou Exotérmica

3. Tipo do ReatorBatelada

Contínuo (Mistura, Tubular, Leito Fixo, Leito Fluidizado,...)

Considerações Gerais do Projeto

4. Modo de OperaçãoUm único reator ou vários reatores

Reatores em série e/ou paraleloOperação Isotérmica ou não isotérmicaOperação Adiabática ou não adiabática

5. Condições do ProcessoPerfil de Temperatura Composição da alimentação

Considerações Gerais do Projeto6. Otimização

7. Controle e Estabilidade de Operação Instrumentação CustosMeio Ambiente Segurança

8. Materiais da Construção

9. Procedimentos de Scale Up e Start Up

Considerações Gerais do Projeto

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Reatores Ideais e Não Ideais

Reatores Ideais

Reatores Não Ideais

Tipos de Reatores IdeaisDescontínuo ou Batelada

Contínuo

Semi Batelada (ou SemiContínuo)

OPERAÇÃO VOLUME COMPOSIÇÃO

A Batelada Constante Variável

B Contínua Constante Constante(no mesmo ponto)

C Semi Batelada Variável Variável

D Semi Batelada Variável Constante

E Semi Batelada Constante Variável

Reatores Ideais Básicos(Reações Homogêneas)

Reator descontínuo (ou batelada)

Reator Tubular

Reator de mistura

Variação da Concentração nos Reatores IdeaisO que ocorre com a composição no meio reacional nos reatores ideais básicos

se forem coletadas alíquotas de seu interior :(1) em tempos diferentes de um mesmo local?

(2) em locais diferentes ao mesmo tempo?

Reator (1) Variação de Cicom o tempo

(2) Variação de Cino espaço

Batch varia não varia

CSTR não varia não varia

PFR não varia varia

Reator Batelada Reator Mistura

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Reator Tubular Reator de Leito FixoPBR – Packed Bed Reactor

Reator Catalítico de CombustãoAutomotiva

Reator de Leito FluidizadoFluidized Bed Reactor

Reator

EsféricoCatálogos Industriais

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Catálogos Industriais

Principais ProcessosDestilação atmosféricaDestilação a vácuoAquecimento Catalítico (Leito Fluidizado)HDT do dieselHDT do queroseneHDT da nafta

Exemplo: Petrobrás - REVAP

Hidrotratamento do Diesel (HDT)

É um processo de refino que consiste na inserção de H2 nos derivados da destilação do petróleo e tem como objetivos :

Estabilização do derivado de petróleo.

Eliminação de impurezas

Reator do Processo

Reator Leito Fixo de HidroTratamento(processo contínuo)

Capacidade: 6500 m3/diaProduto: DieselReação exotérmica. Na reação o enxofre é removido como H2S e o nitrogênio é removido na forma de amônia.Conversão de 99% para hidrodessulforização.Conversão de 40% para hidrodenitrogenação.

Outros Tipos de ReatoresReator Aerosol

Reator Esférico

Reator Membrana

Reator Nuclear

Micro Reator

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Jaraguá Equipamentoswww.garciasistemas.com.br

Reator de Planta de Polietileno

Reator de Estireno

Fabricas de Reatores

Jaraguá – www.garciajaragua.com.br

Pfaudler – www.pfaudler.com.br

Niro Atomizer – www.niroinc.com

Fotos de reatores industriais

http://www.engin.umich.edu/~cre/01chap/master.htm

BIBLIOGRAFIA DO CAPÍTULOReatores Ideais Básicos

Fogler – capítulo1 – páginas 8 a 14, 16 a 21Levenspiel - 2ed - capítulo 5 – pág ......

Missen – capítulo 2 – páginas 294-295, 335-336, 365-366.

Reator de Leito FixoFogler – capítulo 1 – páginas 14-15

Missen – capítulo 21 – páginas 512 a 515

Exemplos de Reatores IndustriaisFogler – capítulo 1 – páginas 16 a 24

Missen – capítulo 11 – páginas 283 a 292

Cronograma do Curso

P1 – 04 maio P2 – 08 junho

T1 – 11 maio T2 – 15 ou 22 junho

Exame Final – 06 ou 13 ou 20 julho(confirmação em maio)

Forma de AvaliaçãoP1 = 30% da NF P2 = 50% da NF

Apresentação Trab = 5% da Nota Final

Visita = 15% Nota Final

Cálculo da Nota Final (NF)NF = 0,30xP1 + 0,50xP2 + 0,05*T1 +0,15*T2

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OBJETIVO

Adquirir conhecimentos práticos

Verificar os conhecimentos

adquiridos em aula

REATOR

Por que uma Visita?