Problema calculo de processo 1
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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 (CH 3 OH HCHO + H 2 O) 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, C Ao e T, mostrando C MeOH , C FORMOL 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 -4 cm/s ; Eat = 19000cal/mol Catalisador : dp = 0,3 cm, Sp = 10 5 cm 2 /g, P = 1,1 g/cm 3 , tortuosidade = 4, porosidade = 0,60, porosidade do leito = 0,66. Fluido : viscosidade = 2,5x10 4 P, D A = 0,5 cm 2 /s .
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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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