Trabalho de analise e simulação de processos químicos

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

TRABALHO DE ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS QUÍMICOS

Tubarão, 2012

1) Utiliza-se um trem de três reatores contínuos de mistura perfeita, em série, onde se processa isotermicamente a reação A → produtos. Faça os balanços de massa de A em regime transiente (ou seja, desde a partida dos reatores, com CA(0) = 0 e alimentação constante, igual a CA,alim, mol/L3). Assuma inicialmente que a reação é de primeira ordem (r = kCA), que a vazão total de alimentação é F (L3/T), para os três reatores, cujos volumes são V1, V2 e V3 (L3).

Dados: CA,alim = 1,0 mol/m3

F = 2,0 m3/h
V1 = 1,0 m3
V2 = 2,0 m3
V3 = 4,0 m3 k = 1 h-1 (constante cinética)

Primeira Parte: Modelagem Matemática

a) Defina as hipóteses simplificadoras para resolução deste problema; 1) Mistura perfeita; 2) Primeira ordem; 3) Reação irreversível; 4) Volume constante; 5) Fluido incompressível; 6) Reator isotérmico.

b) Obtenha a equação governante que prevê o comportamento do perfil de concentração de cada reator;
Balanço de massa global?

Balanço de Massa:

Acumulo (A) = Entrada (A) – Saída(A)+ geração (A)-Consumo A (1)

mAt+∆t-mAt=m0A∆t-mA∆t-ra∆tPMAV (2) mAt+∆t-mAt∆t=m0A∆t-mA∆t-rAPMAV (3)

Aplicando limite quando ∆t→0: dmAdt=m0A-mA-rAPMAV (4) nA=mAPMA ∴mA=nA+PMA (5)

Substituindo (5) em (4): dnAPMAdt=m0A-mA-rAPMAV (6)
CA=nAC ∴nA=CAV (7)

Substituindo (7) em (6): dCA.V.PMAdt=m0A-mA-rAPMAV (8)

Como o V e PMA são constantes:
V.PMA.dCAdt=m0A-mA-rAPMAV (9) mA=F.ρA (10)

Substituindo (10) em (9):
V.PMA.dCAdt=F0.ρA-F.ρA-rA.PMA.V (11) ρA=CA.PMA (12)

Substituindo (12) em (11):
V.PMA.dCAdt=F0.CA0.PMA-F.CA.PMA-rA.PMA.V (13)

Dividindo (13) por V.PMA: dCAdt=F0.CA0V-F.CAV-rA (14)

Se: rA=KCA ; F0V=FV

Então, para o 1º tanque teremos: dCAdt=FV1CA0-CA - KCA