Reator Tubular
Reator Tubular
Características
Características
Principais
Principais
Este reator recebe na literatura os nomes d
Este reator recebe na literatura os nomes de reator com escoa
e reator com escoa
(PFR
(PFR
–
–
Plug Flow Reactor), reator tubular ideal (Ideal Tubular
Plug Flow Reactor), reator tubular ideal (Ideal Tubular
com escoamento sem mistura (Unmixed Flow).
com escoamento sem mistura (Unmixed Flow).
Consiste de um tubo vazio por onde
Consiste de um tubo vazio por onde passa a mistura reacional.
passa a mistura reacional.
Os reagentes são continuamente consumidos à medida qu
Os reagentes são continuamente consumidos à medida quee
avançam no reator ao longo de seu comprimento.
avançam no reator ao longo de seu comprimento.
Normalmente encontrado tanto na forma de um tubo longo,
Normalmente encontrado tanto na forma de um tubo longo,
quanto na de vários reatores menores em um feixe de
quanto na de vários reatores menores em um feixe de tubos.
tubos.
Principais Utilizações
Principais Utilizações
É utilizado especialmente em reações em fase gasosa.
É utilizado especialmente em reações em fase gasosa.
Vantagens
Vantagens
Manutenção relativamente fácil
Manutenção relativamente fácil
Produz a conversão mais alta por volume de reator dentre os r
Produz a conversão mais alta por volume de reator dentre os r
escoamento.
escoamento.
Desvantagens
Desvantagens
Difícil de controlar a temperatura do reator, podendo ocorrer p
Difícil de controlar a temperatura do reator, podendo ocorrer p
quando a reação
quando a reação é exotérmica.
é exotérmica.
Exemplos de aplicação
Exemplos de aplicação
na web
na web
Fotodegradação de dimetil sulfeto em fase gasosa utilizando r
Fotodegradação de dimetil sulfeto em fase gasosa utilizando r
contendo TiO2/H5PW10V2O40
contendo TiO2/H5PW10V2O40
- Laboratório de Ciências Qu
- Laboratório de Ciências Qu
Universidade Estadual do Norte Fluminense -
Universidade Estadual do Norte Fluminense - Trabalho inscrit
Trabalho inscrit
Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química.
Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química.
Imobilização da enzima ascorbato oxidase em reator tubular p
Imobilização da enzima ascorbato oxidase em reator tubular p
quantificação amperométri
quantificação amperométri
ca de
ca de
ácido ascórbico em
ácido ascórbico em
amostras
amostras
Núcleo de Pesquisa em Instrumentação e
Núcleo de Pesquisa em Instrumentação e Separações Analític
Separações Analític
Departamento de Química, Instituto de
Departamento de Química, Instituto de
Ciências Exatas, UFJF - Trabalho inscrito na 32ª Reunião An
Ciências Exatas, UFJF - Trabalho inscrito na 32ª Reunião An
Sociedade Brasileira de Química.
Sociedade Brasileira de Química.
Trabalhos relevantes
Trabalhos relevantes
desenvolvidos com
desenvolvidos com
este reator
este reator
Inspeção de Reatores Tubulares por
Inspeção de Reatores Tubulares por
Correntes Parasitas
Correntes Parasitas
- Indú
- Indú
petroquímicas que atuam no ramo de fabricação do PVC têm,
petroquímicas que atuam no ramo de fabricação do PVC têm,
plantas, um equipamento de fundamental importância no proc
plantas, um equipamento de fundamental importância no proc
chama reator tubular...
chama reator tubular...
Flutuações Estocásticas para a Distribuição de Tempos de Res
Flutuações Estocásticas para a Distribuição de Tempos de Res
Reator Tubular de
Reator Tubular de
Polimerização
Polimerização
- A caracterização da fluido
- A caracterização da fluido
reator tubular de polimerização foi realizada através da técnic
reator tubular de polimerização foi realizada através da técnic
estímulo, sendo usada a perturbação com
estímulo, sendo usada a perturbação com traçador...
traçador...
Estudo da intensidade luminosa no cultivo de
Estudo da intensidade luminosa no cultivo de
Arthrospira (Spi
Arthrospira (Spi
platensis em reator tubular utilizando sulfato de amônio
platensis em reator tubular utilizando sulfato de amônio
como
como
nitrogênio por processo
verificados a influência de diferentes intensidades luminosas e
alimentação utilizando o sulfato de amônio, em cultivos realiz
reatores tubulares por processo descontínuo alimentado...
Desenvolvimento de processo contínuo de copolimerização e
reator tubular - O objetivo deste trabalho é apresentar o desen
uma copolimerização em emulsão de acetato de vinila e acrilat
uma coluna pulsada com pratos perfurados (CPPP). A fim de
flexibilidade operacional, a coluna é composta de 5 seções...
Simulação da combustão de carvão pulverizado em reator tub
condições das ventaneiras do alto-forno - A injeção de carvão
através das ventaneiras é uma boa maneira de substituir coque
estabilidade de um alto-forno. Esta técnica abriu opções...
SIMULAÇÃO DE UM REATOR TUBULAR PARA A OBTENÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO INTRODUÇÃO
Na nova era, a informação e o conhecimento assumem grande importância na preparação dos indivíduos e empresas ao entendimento e a
adaptação a realidade.
A simulação é então uma das ferramentas
que permite aos diversos profissionais, realizar as
atividades que se propõe. Através dela eles podem adquirir capacidade de identificar, formular e
solucionar problemas ligados às atividades do projeto, operação e gerenciamento do trabalho e do sistema de produção de bens e/ou serviços (Gavira, 2003).
A simulação de sistemas é um método
numérico de resolução de sistemas, que consiste na observação do desempenho de um modelo que representa um sistema definido a partir do problema a ser resolvido (Clovis, 1995).
A simulação computacional pode ser utilizada para a aquisição, organização e construção do conhecimento e da visão sistemática. Esse
recurso favorece a educação e o treinamento das pessoas, e consequentemente, sua adaptação às rápidas mudanças da sociedade. É um modelo empregado para estudar o desempenho de um sistema por meio da formulação de um modelo matemático, o qual deve reproduzir, de maneira mais fiel possível, as características do sistema original (Gavira, 2003). Desta forma, o analista precisa selecionar a estrutura conceitual na qual o modelo vai se apoiar para a descrição do sistema (Soares, 1990).
Neste trabalho, estuda-se o desenvolvimento e a aplicação de um programa computacional de simulação na linguagem FORTRAN utilizando uma sub-rotina chamada IVPRK. Para a
projeção do reator, foi necessário o uso de
equa-ções diferencias ordinárias devido à complexidade da expressão da taxa de reação. O presente trabalho descreve o comportamento de um reator
utilizado na fabricação de ácido sulfúrico. A primeira etapa consiste na queima de enxofre em uma fornalha para a formação de dióxido de enxofre (SO2). Após este passo, o dióxido de enxofre é convertido a trióxido de enxofre (SO3), utilizando um catalisador, o qual é a base de vanádio
suportado, conforme demonstrado na Equação 1. 2 2 3
1 2
SO + O → SO (1) Portanto, a simulação se baseia num reator tubular, ou seja, de fluxo continuo, que possui no
interior de seus tubos o catalisador e, cujas paredes são resfriadas por um líquido em ebulição a
temperatura constante.
O reator tubular é um tipo de reator muito
usado na indústria, consistindo em um tubo cilín-drico geralmente operando em regime
estacioná-rio, como é o caso do reator simulado. Neste reator os reagentes são consumidos à medida que
avançam ao longo de seu comprimento (Fogler, 2002).
Devido ao fato do reator simulado neste
projeto operar em regime estacionário, pode-se
afirmar que a conversão dos reagentes em produtos é independente do tempo em cada ponto do
sistema (Incropera e DeWitt, 1996).
O ácido sulfúrico é o ácido mais importante
economicamente. Na década de 60, a quantidade de ácido sulfúrico produzido e consumido em um país avaliava o grau de desenvolvimento industrial do mesmo. Este produto químico tem destaque na produção de fertilizantes agrícolas, como os
superfosfatos e o sulfato de amônio. É ainda utilizado nas indústrias petroquímicas (no refino de
petróleo), de papel, de corantes, na produção de
compostos orgânicos, de outros ácidos, na limpeza de metais e ligas metálicas, e nos acumuladores de chumbo (baterias de automóveis) (Usberco
e Salvador, 2002).
Uma das principais propriedades do ácido
acima citado é a sua ação oxidante e, principalmente desidratante, quando concentrado. Assim,
ele carboniza os carboidratos, como os açúcares,
2002).
Figura 1 –Modelo estruturado do programa desenvolvido
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Pela Figura 2 é possível observar que, quase linearmente, a medida que os reagentes passam pela massa de catalisador, aumenta a conversão, ou seja, mais produto vai sendo formado. Porém a taxa de conversão é pequena, sendo
necessárias algumas mudanças nas condições do reator para aumentar a eficiência do processo. Principal Inicial IVP RK FCN Dados Entalpia Somatório Pressões Taxa
Constantes Figura 2 –Gráfico da conversão em função da massa do catalisador.
A Figura 3 demonstra o perfil da temperatura à medida que os reagentes passam pela massa de catalisador. É possível observar que aproximadamente a partir das 17 lb de catalisador, ou seja, pouco mais que a massa total do catalisador, a temperatura já permanece praticamente constante.
Figura 3 - Gráfico da temperatura em função da massa do catalisador.
O programa computacional desenvolvido
apresenta as características observadas na Figura 4. Neste programa é encontrada, na primeira coluna a numeração de passos, na segunda coluna a massa do catalisador utilizado, na terceira coluna a conversão da matéria prima em produto
e a temperatura é observada na quarta coluna. Figura 4 –Visualização do programa rodado Caso seja necessária alguma alteração nos dados iniciais, na taxa de reação ou em algum outro ponto do projeto, é possível apenas uma mudança na sub-rotina especifica, para a
obtenção de um programa com características ou diferentes.
CONCLUSÃO
Com a realização do programa apresentado é possível dizer que os resultados obtidos são coincidentes com os esperados teoricamente, já
que no caso da produção de acido sulfúrico, a
medida que os reagentes passam através do catalisador dentro do reator aumenta quase que linearmente a formação dos produtos. Isto foi observado através do gráfico construído a partir dos
dados obtidos no programa desenvolvido. NOMENCLATURA
∆Cp = somatório das capacidades caloríficas dos reagentes e do produto (Btu.lbmol
-1 .°R -1 ).
dCp = variação da capacidade capacidade calorí-fica.
dW dT
= derivada da temperatura em função da massa do catalisador.
dW dX
= derivada da taxa de conversão dos reagentes em função da massa do catalisador. ε = coeficiente de expansão.
FA0 = vazão molar de alimentação (lbmol.h -1
.tubo -1 ).
∆H = variação da entalpia (Btu.lbmol SO2 -1
).
k = constante de velocidade (lbmol SO2.lb -1 cat -1 . s -1 . atm
-1 ).
Kp = constante de equilíbrio (atm -1/2
).
mL = massa específica do leito de partículas (lb.ft
-3 ).
PA0 = pressão total de alimentação (atm). 2
PSO
= pressão parcial do reagente SO2 (atm). O2
P = pressão parcial do reagente O2 (atm). 3
PSO
= pressão parcial do produto SO3 (atm). R = constante dos gases ideais (Btu.lbmol -1
.°R -1 ).
rA = taxa de reação (lbmol/ft 3
).
Ta = temperatura do fluído refrigerante (°R). U = coeficiente de transferência de calor (Btu.h -1 .ft -2 .°R -1 ).
X = taxa de conversão dos reagentes (mol.ft -3
). SO2
Θ = fração de SO2 de alimentação do reator. 2
Θo
= fração de O2 de alimentação do reator. 3 ΘSO
= fração de SO3 de alimentação do reator.
∑ΘiCpi= somatório das frações de alimentação de
cada composto multiplicada pela capacidade calorífica de cada componente (Btu.lbmol -1
.°R -1
