UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

CINÉTICA E CÁLCULO DE REATORES HETEROGÊNEOS PROBLEMA

CÁLCULO DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DO FORMOL

A oxidação parcial do metanol com produção de formol (CH3OH

HCHO + H2O) ocorre em presença de um catalisador de Fe-Co.

Opera-se um reator de leito fixo multitubular com alimentação de ar. Experiências realizadas em laboratório, com o catalisador pulverizado,

em reator descontínuo, forneceram resultados que indicam uma cinética de primeira ordem para a evolução temporal do consumo de metanol.

a) Propor um modelo cinético para o consumo do metanol, do tipo Langmuir-Hinshelwood, considerando fraca adsorção dos produtos e excesso de oxigênio do ar, que possa convergir para uma equação de velocidade compatível com as experiências de laboratório.

b) Estimar o tempo de residência médio e a velocidade espacial para se atingir uma conversão de 95% na saída do reator, sob operação isotérmica a 300º.C, considerando o processo controlado pela etapa cinética de interações na superfície do catalisador.

c) Calcular os valores dos módulos de Thiele, das frações de resistência externa e dos fatores de efetividade. Identificar os regimes de funcionamento do catalisador. Admitir os casos seguintes:

c.1) Geometria retangular; c.2) Geometria esférica; c.3) Geometria cilíndrica d) Calcular o comprimento dos tubos e o número destes, dispostos no

reator tubular, necessários para a produção de 1 ton/h de formol, admitindo uma perda de carga de 0,20 atm neste sistema.

e) Decidido o regime de funcionamento do catalisador, simular o processo, representando os perfis de concentração do reagente ao longo do eixo vertical do reator. Simular o processo considerando variações dos parâmetros Q, CAo e T, mostrando CMeOH, CFORMOL em função do tempo (z=constante, diferntes z) e em função da posição (t=constante, diferentes t)

a) adotar regime transiente de concentrações; b) adotar regime estacionário de concentrações.

Dados : k = 5x10-4cm/s ; Eat = 19000cal/mol Catalisador : dp = 0,3 cm, Sp = 105cm2/g, P = 1,1 g/cm3 , tortuosidade = 4,

porosidade = 0,60, porosidade do leito = 0,66. Fluido : viscosidade = 2,5x104P, DA = 0,5 cm2/s .

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