Relatório 2 (Cinética) PDF.pdf

8/10/2019 Relatrio 2 (Cintica) PDF.pdf

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1. RESUMO

Neste relatrio sero apresentadas a determinao do tempo de residncia (DTR) de ureator tubular (PFR) e a obteno da converso de uma soluo de violeta genciana em umreao com hidrxido de sdio no mesmo reator. Primeiramente, ser obtida a curva deE (T) x t,

caracterstica da DTR, por meio dos dados experimentais e da equao da curva padro dvioleta genciana obtida no relatrio da prtica anterior. Ser calculado tambm o tempo mdio dresidncia e a variana para a DTR obtida. Em seguida, a converso no reator PFR ser obti pelo mtodo experimental e por mais dois modelos tericos: Reator PFR Ideal, e Modelo dDisperso Axial, sendo esse ltimo modelo para reator real.

2. OBJETIVOS

2.1. Parte I: Teste de DTR Pulso

Obter a distribuio de tempo de residncia (DTR) de um reator tubular (PFR).2.2. Parte II: Teste de Converso

Obter a converso de uma soluo de violeta genciana no PFR e comparar os resultadoexperimentais com aqueles obtidos pelos modelos tericos.

3. FUNDAMENTAO TERICA

O modelo doreator de fluxo em pisto ou reator de fluxo pistonado (PFR) usado paradescrever reaes qumicas em sistemas de fluxo contnuo. O modelo PFR usado para predizo comportamento de reatores qumicos, de modo que as variveis principais do reator, tais comas dimenses do reator, possam ser estimadas. PFR so tambm algumas vezes chamadoreatores tubulares contnuos.

Figura 3-1: Diagrama sistemtico de um reator PFR

Fluido passando por um PFR pode ser modelado como fluindo atravs do reator comuma srie de infinitamente finos "pistes" coerentes, cada um com uma composio uniformviajando na direo axial do reator, sendo que cada pisto tenha uma composio diferente d
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Pipe-PFR.svg


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que as anteriores e posteriores a ele. O pressuposto fundamental que, como um pisto fluindatravs de um PFR, o fluido perfeitamente misturado na direo radial, mas no na direaxial (para a frente ou para trs). Cada pisto de volume diferencial considerado como umentidade separada, de forma eficaz um reator em batelada infinitamente pequeno, tendendo nlimite para o volume zero. medida que flui pelo PFR tubular, o tempo de residncia () d

pisto uma funo da sua posio no reator. No PFR ideal, a distribuio do tempo d permanncia , portanto, uma funo delta de Dirac com um valor igual a .

Modelagem do PFR

PFRs so frequentente como reatores de fluxo em pisto e reatores tubulares contnuos, mtambm como ratores de fluxo tubular, fluxo em camadas, fluxo contnuo sem retorno e semistura e at simplesmente como reatores tubulares.]So governados por equaes diferenciaisordinrias, cujas solues podem ser calculadas desde que sejam conhecidas as condies contorno.

O modelo PFR funciona bem para muitos fluidos: lquidos, gases e lamas. Embora

fluxo turbulento e a difuso axial causem um certo grau de mistura na direo axial em reatorreais, o modelo PFR apropriado quando estes efeitos so suficientemente pequenos para q possam ser ignorados.

No caso mais simples de um modelo PFR, vrios pressupostos fundamentais devem sfeitos a fim de simplificar o problema, alguns dos quais so descritos abaixo. Observe-se qnem todos estes pressupostos so necessrios, porm a remoo desses pressupostos aumentacomplexidade do problema. O modelo PFR pode ser usado para modelar as reaes mltipla bem como reaes envolvendo mudanas de temperatura, presso e densidade do fluxo. Emboestas complicaes so ignoradas no que se segue, muitas vezes so relevantes para os processindustriais.

Supondo: fluxo em pisto estado estacionrio densidade constante (razovel para alguns lquidos mas um erro de 20% para

polimerizaes; vlido para gases somente se no h queda de presso, mudana globno nmeo de moles, ou qualquer significativa alterao de temperatura)

dimetro do tubo constante reao nica

Um balano material sobre o volume diferencial de um elemento fluido, ou "pisto", sobre espciesi do comprimento axialdx entre x e x + dx resulta

[acumulao] = [entrada] - [sada] + [gerao] - [consumo]

1. F i( x) F i( x + dx) + At dx ir = 0 .

Quando velocidade linear,u, e as relaes entre as taxas de fluxo molar, F i,

e , so aplicadas a Equao 1 o balano de massa emi torna-se 2. .


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Quando tais termos so cancelados e o limitedx 0 aplicado a Equao 2este balano de

massa sobre as espciesi torna-se 3. , ondeC i(x) a concentrao molar dasespcies i na posio x, At a rea da seo transversal do reator tubular,dx a espessuradiferencial do pisto de fluido, e i o coeficiente estequiomtrico. A taxa de reao,r , pode

ser obtida pelo uso da can be figured by using the dependncia de temperatura de ArrheniuGeralmente, quando a temperatura aumenta o mesmo acontece com a taxa na qual a reaocorre. O tempo de r esidncia, , a quantidade mdia de tempo que uma quantidade discretade reagente passa dentro do reator tubular.

Supondo: condies isotrmicas, ou temperatura constante (k constante) reao nica e irreversvel ( A = -1) reao de primeira ordem (r = k CA)

Aps a integrao da Equao 3, utilizando os pressupostos acima, resolvendo-se paraC A(L) obtem-se uma equao explcita para a concentrao de produo das espcies A, 4.

, ondeC Ao a concentrao de entrada de espcies A.

Operao e usos

PFRs so usados para modelar a transformao qumica de compostos como eles stransportados em sistemas semelhantes a "tubos". O "tubo" pode representar uma grandvariedade de condutos de engenharia ou naturais atravs dos quais fluem lquidos ou gases (e.g. ,rios, canais, tubulaes, regies entre duas montanhas, etc).

Um reator de fluxo em pisto ideal tem um tempo de residncia fixo: Qualquer fluid(pisto) que entra no reator no tempot sair do reator no tempot + , onde o tempo deresidncia do reator. A funo distribuio do tempo de residncia , portanto, uma funo dede Dirac em . Um reator de fluxo em pisto real tem uma distribuio do tempo de permannc

que um pulso estreito em torno da distribuio mdia do tempo de residncia.Um reator de fluxo em pisto tpico pode ser um tubo recheado com algum materiaslido (freqentemente um catalisador). Normalmente, estes tipos de reatores so chamados reatores de leito recheado (em ingls packed bed reactors PBR), reatores de leito ou reatoresrecheados, assim como tambm de reatores de leito fixo. s vezes, o tubo ser um tubo emtrocador de calor do tipo casco e tubo.

Vantagens e desvantagens

Reatores RPA ou CSTR (reator perfeitamente agitado) e PFRs tem equaesfundamentalmente diferentes, de modo a cintica da reao em curso, de algum mod

determinar qual sistema deve ser utilizado. No entanto, existem algumas observaes gerais q podem ser feitas com relao ao PFRs em comparao com outros tipos de reatores.Reatores de fluxo em pisto tem uma converso por unidade de volume alta, operand

por longos perodos de tempo sem manuteno, e a taxa de transferncia de calor pode sotimizada pelo uso de tubos mais ou menos finos, tubos mais grossos em paralelo. Adesvantagens de reatores de fluxo em pisto que as temperaturas so de difcil controle podem resultar em gradientes de temperatura indesejveis. A manuteno de reatores PFRtambm mais cara do que a manuteno dos reatores PFR


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Atravs de um "lao" (loop ) de reciclagem um PFRs capaz de aproximar um RPA emoperao. Isso ocorre devido a uma diminuio na variao de concentrao devido menfrao do fluxo determinado pela alimentao; no caso limite de reciclagem total, razo dreciclagem infinita, o PFRs emula perfeitamente um RPA.

AplicaesReatores de fluxo em pisto so usados para as seguintes aplicaes:

Reaes de larga escala Reaes rpidas Reaes homogneas ou heterogneas Produo contnua Reaes a altas temperaturas

Tipos de Estmulo

Temos dois tipos de estmulo, o degrau e a pulso, neste teste a quantidade de de q0 tambm pode ser determinada experimentalmente pela medida do volume ou peso da soluainjetada de corante. Para que o teste seja representativo do reator real q0=v*Q e o qexperimental devem estar prximos.A DTR representada por uma curva, com a rea sob a curva com valor unitrio.

1.

0

dt E

Algumas vezes E(t) chamada de funo de distribuio da idade de sada. Se tomarmos

como idade de um tomo o tempo que ele reside no meio de reao, ento E(t) ser adistribuio dos tempos da corrente efluente.

N

dt t C

t C t E

0

).(

)()(

Quando se deseja caracterizar o grau de no idealidade de um escoamento utiliza-se DTR. Para este fim, faz-se uso de certas tcnicas experimentais que podem ser classificadcomo tcnicas de estmulo e resposta. Isto significa realizar uma perturbao no sistema everificao de como ele responde a este estmulo. Uma anlise da resposta fornece a informadesejada sobre o sistema. O estmulo a injeo de um traador no fluido que percorre o reatoenquanto que a resposta um registro de tempo necessrio para o traador deixar o recipiente.

Alm de ser uma espcie no reativa facilmente detectvel, o traador deve apresenta propriedades fsicas similares s da mistura reagente e ser completamente solvel nela. Etambm no deve ser absorvido nas paredes ou outras superfcies do reator. Isto deve ser seguide forma que o comportamento do traador reflita honestamente o comportamento do materique est fluindo pelo reator.


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Os mtodos de injeo mais utilizados so o pulso e o degrau.Em um teste pulso, uma quantidade de traador injetada de uma s vez na corrente d

alimentao do reator m um tempo o mais reduzido possvel. Curvas tpicas de tempoconcentrao na entrada e sada de um reator arbitrrio so mostradas na Figura .

Figura 3-2: Esquema Perturbao Pulso

Para o calculo da mdia temos a seguinte equao:

Esse sistema somente ir valer para sistemas fechados, e com velocidade constante

Agora para o calculo da varina temos essa outra equao

Nesse equao temos a variana dos tempos de residncia em relao ao tempo mdio. Meo grau de espalhamento dos tempos de residncia em relao ao tempo mdio de residncia.

Relao entreC e E

Considere um sistema fechado com vazo constante,ento a DTR de qualquer fluido quentra ser igual a DTR do outro elemento que sai. Ao fazer o teste pulso, a curva C regist

quando as molculas do traador sairam, logo quantas ficaram no reator, ou seja sua idade mdSe a vazo constante, o que vale para elemento do fluido do teste C, vale para todoelementos, logo neste caso C=E. O teste pulso fornece diretamente E=DTR=C=(c/Q)

Modelos tericos para clculo da converso

No sistema com um PFR ideal a converso para uma reao de primeira ordem dad pela equao:


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sendo k dado pela equao de Arrhenius.

Para o modelo do escoamento segregado usado para macrofluido a converso para o PFnuma reao de primeira ordem dada por:

Somente para n=1, que Xa=f(cintica, DTR), o modelo do escoamento segregado fornec

a mesma converso que o balano material.J no modelo o de escoamento segregado a converso para uma reao de primeira orde

dado por:

Onde: E )

4. MATERIAIS E MTODOS

4.1. Materiais

Soluo de hidrxido de sdio (4,0 x 10-2 M);

Soluo de violeta genciana (7,049 x 10-4

M); gua temperatura ambiente; Concentrao da soluo de violeta genciana (pulso): 127,58 g/L = 0,3127 M; Curva de calibrao dos rotmetros; Reator PFR: dimetro interno 3/8 in;

comprimento 29 m;volume 2066,41 cm3 = 2,0664 L;

Termmetro; Espectrofotmetro FEMTO, modelo 435;

Cubetas; Cronmetro; Pipeta automtica; Tubos de ensaio; Provetas de 1000 mL, 100 mL, 500 mL; Ponteiras; Bquer;


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Agitador de tubos de ensaio; Copos plsticos.

4.2. Mtodos

4.2.1. Parte I: Teste de DTR Pulso

Iniciamente, estabeleceu-se para o sistema uma vazo constante para a gua de 295 mL/mi por meio de medidas com a proveta e o cronmetro.

Pesou-se ento a seringa vazia, colocou-se a violeta genciana, e pesou-se a seringa logo eseguida. Ento, para o teste pulso, a quantidade de violeta genciana presente na seringa finserida no sistema e neste momento iniciou-se o cronmetro. Ento, pesou-se a seringa comquantidade de violeta que havia restado nela.

Aguardou-se at que a soluo injetada se aproximasse da sada do reator, e ento iniciou-a coleta de amostras em intervalos de tempo de 10 segundos, at a absorbncia tornar-sconstante. As amostras foram coletadas em copos plsticos numerados, transferidas para cubetas para que pudesse ser feita a medida da absorbncia de cada uma delas, a fim ddeterminar a concentrao da violeta genciana com o tempo e, assim determinar o tempo dresidncia. Leu-se a absorbncia das amostras em espectrofotmetro a 595 nm. (Obs.: algumaamostras tiveram que ser diludas para que a leitura apresentasse valores dentro da curva padrde violeta genciana feita no relatrio da prtica anterior).

4.2.2. Parte II: Teste de Converso

Inicialmente, fechou-se a vlvula de passagem de gua e abriu-se a vlvula que permitia passagem de uma soluo de NaOH pelo reator.

Ajustou-se novamente as vazes do hidrxido de sdio e da violeta genciana pelas curvas calibrao do rotmetro, de forma que a vazo de hidrxido de sdio fosse bem maior que a violeta genciana (aproximadamente 10 vezes), a fim de que a vazo fosse constante ao longo experimento.

Calculou-se ento o tempo espacial ( = V/v0), com o volume do reator fornecido na apostila,e v0 igual a soma das vazes do NaOH e da violeta genciana. Deixou-se a soluo de NaOHvioleta genciana escoar pelo reator por trs vezes o tempo espacial, para se trabalhar emcondies uniformes, e ento, aps estabelecido o regime de escoamento, se iniciou a coleta damostras, em intervalos de 10 minutos. Foram coletadas quatro amostras.

Leu-se a absorbncia imediatamente em espectrofotmetro a 595 nm calibrado com guatemperatura ambiente.


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Figura 4.2.2-1: Mdulo experimental para a DTR e converso no PFR

5. RESULTADOS

5.1. Parte I: Teste de DTR Pulso

5.1.1. Clculo da quantidade de traador injetado

Inicialmente vamos determinar a quantidade de violeta genciana (usada como traador nescoamento de gua) injetada. Temos:

massaseringa = 3,1846 g massaseringa+traador = 3,7028 g

massaseringa+sobra de traador = 3,4360 gPortanto, podemos calcular:massatraador injetado = (massaseringa+traador massaseringa)

(massaseringa+sobra de traador massaseringa)Obtemos:

massatraador injetado = 0,2668 g

5.1.2. Clculo de Q

O clculo de Q pode ser feito pela seguinte equao

Sendo: = vazo volumtrica de violeta genciana = quantidade de traador injetado


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No entanto, o clculo de Q por esta equao provavelmente gerar muito erro, j que leva econta a massa de traador injetada, porm ocorreram muitas perdas de traador na tubulao mdulo experimental do PFR, pois era visvel a aderncia do traador s paredes do reator quetinha ocorrido em execues anteriores do experimento e muito possivelmente tambm ocorrdurante a nossa execuo.

Portanto, vamos calcular o valor de Q de outra forma:Sabe-se que Q corresponde rea sob a curva C x t:

que foi calculada pela Regra de Simpson usando os dados de C (g/L) e t (s) da tabela 5.1-1

Obteve-se para o valor de Q:

5.1.3. Clculo de do tempo mdio de residncia e da variana

A seguir esto tabelados os dados experimentais de absorbncia e tempo das amostracoletadas, bem como os dados calculados de C eE , sendo:

C = concentrao calculada primeiramente em mol/L utilizando a equao obtida n prtica anterior, que relaciona a absorbncia com a concentrao de violeta gencianadada por ABS = 47033C 0,0165 ; e depois calculada em g/L, com a utilizao damassa molar da violeta genciana

E = C = C/Q, sendoC a resposta ao estmulo pulso

Tabela 5.1-1: Dados experimentais e dados calculados referentes aplicao de uma perturbao pulso no reator PFR

Amostra Tempo (s) ABS Diluio C (mol/L) C (g/L) E(t)=C/Q (1/s)

1 270 0.058 1 p/1 1.59E-06 0.000647 0.000173065

2 280 0.063 1 p/1 1.69E-06 0.000691 0.00018468

3 290 0.063 1 p/1 1.69E-06 0.000691 0.00018468

4 300 0.061 1 p/1 1.65E-06 0.000673 0.000180034

5 310 0.063 1 p/1 1.69E-06 0.000691 0.00018468

6 320 0.119 1 p/1 2.88E-06 0.001177 0.00031477

7 330 0.335 1 p/ 4 2.99E-05 0.012213 0.003266172


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8 340 0.371 1 p/ 10 8.24E-05 0.033661 0.009001719

9 350 0.448 1 p/ 10 9.88E-05 0.04035 0.010790448

10 360 0.380 1 p/ 10 8.44E-05 0.034443 0.009210791

11 370 0.344 1 p/ 10 7.67E-05 0.031315 0.008374502

12 380 0.309 1 p/ 10 6.93E-05 0.028275 0.007561444

13 390 0.279 1 p/ 10 6.29E-05 0.025669 0.006864537

14 400 0.413 1 p/ 4 3.66E-05 0.014924 0.003990956

15 410 0.345 1 p/ 4 3.08E-05 0.012561 0.003359093

16 420 0.310 1 p/ 4 2.78E-05 0.011345 0.00303387

17 430 0.284 1 p/ 4 2.56E-05 0.010441 0.002792275

18 440 0.240 1 p/ 4 2.18E-05 0.008913 0.002383423

19 450 0.246 1 p/ 4 2.23E-05 0.009121 0.002439175

20 460 0.206 1 p/ 4 1.89E-05 0.007731 0.002067492

21 470 0.174 1 p/ 4 1.62E-05 0.006619 0.001770144

22 480 0.188 1 p/ 4 1.74E-05 0.007106 0.001900234

23 490 0.161 1 p/ 4 1.51E-05 0.006168 0.001649347

24 500 0.147 1 p/ 4 1.39E-05 0.005681 0.001519258

25 510 0.147 1 p/1 1.39E-05 0.005681 0.001519258

26 520 0.432 1 p/1 9.54E-06 0.003896 0.001041876

27 530 0.401 1 p/1 8.88E-06 0.003627 0.000969863

28 540 0.361 1 p/1 8.03E-06 0.003279 0.000876942

29 550 0.328 1 p/1 7.33E-06 0.002993 0.000800282

30 560 0.305 1 p/1 6.84E-06 0.0027930.000746852

31 570 0.288 1 p/1 6.48E-06 0.002645 0.000707361

32 580 0.259 1 p/1 5.86E-06 0.002393 0.000639993

33 590 0.235 1 p/1 5.35E-06 0.002185 0.000584241

34 600 0.224 1 p/1 5.12E-06 0.002089 0.000558687


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11

35 610 0.211 1 p/1 4.84E-06 0.001976 0.000528488

36 620 0.203 1 p/1 4.67E-06 0.001907 0.000509904

37 630 0.188 1 p/1 4.35E-06 0.001776 0.000475058

38 640 0.166 1 p/1 3.88E-06 0.001585 0.000423952

39 650 0.162 1 p/1 3.8E-06 0.001551 0.00041466

40 660 0.161 1 p/1 3.78E-06 0.001542 0.000412337

41 670 0.149 1 p/1 3.52E-06 0.001438 0.000384461

42 680 0.136 1 p/1 3.24E-06 0.001325 0.000354261

43 690 0.136 1 p/1 3.24E-06 0.001325 0.000354261

44 700 0.129 1 p/1 3.1E-06 0.001264 0.000338

45 710 0.119 1 p/1 2.88E-06 0.001177 0.00031477

46 720 0.120 1 p/1 2.9E-06 0.001186 0.000317093

47 730 0.113 1 p/1 2.76E-06 0.001125 0.000300832

48 740 0.114 1 p/1 2.78E-06 0.001134 0.000303155

49 750 0.112 1 p/1 2.73E-06 0.001116 0.000298509

50 760 0.111 1 p/1 2.71E-06 0.001108 0.000296186

51 770 0.104 1 p/1 2.56E-06 0.001047 0.000279924

52 780 0.107 1 p/1 2.63E-06 0.001073 0.000286893

53 790 0.099 1 p/1 2.46E-06 0.001003 0.000268309

54 800 0.103 1 p/1 2.54E-06 0.001038 0.000277601

55 810 0.098 1 p/1 2.44E-06 0.000995 0.000265986

56 820 0.097 1 p/1 2.41E-06 0.000986 0.000263663

57 830 0.095 1 p/1 2.37E-06 0.0009690.000259017

58 840 0.102 1 p/1 2.52E-06 0.001029 0.000275278

59 850 0.098 1 p/1 2.44E-06 0.000995 0.000265986

60 860 0.108 1 p/1 2.65E-06 0.001081 0.000289217

61 870 0.092 1 p/1 2.31E-06 0.000943 0.000252048


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Sero calculados na sequncia o tempo mdio de residncia das molculas no reator e variana, por meio de integrao numrica. O tempo mdio (tmdio) e variana (2) so dados pelas seguintes integrais:

onde h corresponde ao intervalo de tempo uniforme entre uma medida e outra

Obtivemos os seguintes valores:

5.1.4. Curvas plotadas

As figuras a seguir mostram as curvas de concentrao vesus tempo e distribuio do tempode residncia para a violeta genciana no PFR em estudo.

Figura 5.1-1: Curva de concentrao x tempo. A rea sob o grfico desta curva corresponde a Q,que igual quantidade de traador injetado/vazo volumtrica

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

200 300 400 500 600 700 800 900

C o n c e n t r a o

( g / L )

tempo (s)


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Figura 5.1-2: Distribuio dos tempos de residncia do reator tubular PFR

5.2. Parte II: Teste de Converso

5.2.1. Clculo do tempo espacial do PFR

Tinha-se as seguintes vazes volumtricas no reator:

vazo de violeta genciana = 28 mL/min = 0,000467 L/s vazo de hidrxido de sdio = 280 mL/min = 0,00467 L/s

Portanto a vazo volumtrica total inicial era:

Sendo o tempo espacial dado por:

onde V o volume do reator (fornecido na apostila)Logo:

Assumiu-se que o tempo necessrio para que o sistema entrasse em regime permanente e

de trs vezes o tempo espacial. Assim:

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

E ( t )

= C / Q ( 1 / s )

tempo (s)


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5.2.2. Dados experimentais

vazo de violeta genciana = 28 mL/min = 0,000467 L/s vazo de hidrxido de sdio = 280 mL/min = 0,00467 L/s concentrao inicial da soluo de violeta genciana = 7,049x10-4M concentrao inicial da soluo de hidrxido de sdio = 4x10-2M temperatura = 27,5C

Tabela 5.2.2-1: Dados experimentais de absorbncia e tempo e concentrao calculada segundo aequao que relaciona ABS e C: ABS = 47033C 0,0165

Amostra Tempo(min) ABSConcentrao

(mol/L)1 21 0.284 6.389E-06

2 31 0.282 6.347E-063 41 0.287 6.453E-064 51 0.275 6.198E-06

Mdia = 0.282 6.347E-06

5.2.3. Clculo da converso experimental no reator

Primeiramente vamos calcular a concentrao inicial da violeta genciana logo aps a sumistura com o hidrxido de sdio:

Podemos ento calcular a converso experimental no reator:

0,9010 = 90,10%


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5.2.4. Clculo da converso no reator por modelos tericos

5.2.4.1. Modelo do Reator PFR ideal

Clculo do valor da constante cinticak a 27,5C pela equao de Arrhenius, sendo: Ea = 47,96 kJ/mol k o = 1,405x109 L/mol.min. Mas este o k o equivalente a uma reao de segunda

ordem. Como estamos levando em conta que a reao de pseudo-primeiraordem devido ao excesso de hidrxido de sdio, devemos usar o k o correspondente reao de primeira ordem. Para obt-lo, basta multiplicarmoeste valor de k o pelo valor da concentrao de hidrxido de sdio usado no 1experimento, onde k o foi determinado. Logo:

Podemos calcular ento:

com R = 8,314 J/mol.KObtemos:

Clculo da converso no PFR ideal

e Sendo = 6,70 minutos, j calculado anteriormente Obtemos:

0,8262 = 82,62%5.2.4.2.Modelo do Escoamento segregado (MES)

e Sendo tmdio = 7,15 minutos, j calculado anteriormente


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Obtemos:

0,8454 = 84,54%

5.2.4.3. Modelo da Disperso Axial

Clculo de Peclet

Sendo a variana adimensional dada por:

Calculou-se:

Clculo da converso pelo MDA (reator real)

, com e Obtemos:

0,8281 = 82,81%

5.2.5. Clculo do desvio do valor experimental em relao aos tericos

Tabela 5.2.5-1: Desvio do valor da converso:comparao entre valores experimental e terico

Modelo terico

Valor experimental PFR ideal MES MDA

90,10% 82,62% 84,54% 82,81%

Desvio = 9,00% 6,58% 8,80%


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6. ANLISE DOS RESULTADOS

Na Parte I deste relatrio, obtivemos a DTR dada pela curva no grfico 5.1-2. Observa-se qa curva no est uniformemente distribuda, ou seja, ela apresenta um leve desvio para

esquerda, que pode ser atribudo a espaos mortos presentes no reator PFR. O tempo mdio residncia calculado foi 7,15 minutos e a variana obtida foi 3,5097 min2.

Na Parte II, obtivemos os seguintes valores para a converso no PFR:- Modelo experimental: 90,10%- PFR ideal: 82,62%- Modelo do Escoamento Segregado (MES): 84,54%- Modelo de Disperso Axial (MDA): 82,81%

Quanto ao tempo mdio (tmdio) e o tempo espacial (), obtivemos valores diferentes. Taisvariveis apenas so iguais no caso de se ter um fluido de densidade constante e sem dispersnas fronteiras do reator, o que provavelmente no ocorreu ao se realizar experimento. Por istambm os valores de converso nos modelos do PFR ideal e MES foram diferentes, pois estso iguais apenas quando tmdio= .

Os desvios obtidos esto apresentados na tabela 5.2.5-1, e so de 9,00%, 6,58% e 8,80% pao PFR ideal, o Modelo do Escoamento Segregado (MES) e o Modelo da Disperso Axial (reatreal), respectivamente.

O desvio do modelo experimental em relao aos tericos pode ser atribudo a diversofatores tais como:- uso de cubetas de plstico para fazer a leitura da absorbncia, que poderiam estar riscadas osujas, interferindo na leitura;

- pequenos atrasos ou adiantamentos na retirada das amostras, que podem acarretar em resultaddiferentes, pois a reao ocorre de forma rpida e pequenas diferenas de tempo j interferem;- impreciso nos instrumentos de medio utilizados, como o espectrofotmetro, o cronmetras pipetas e as provetas;- desvios qumicos da Lei de Beer (possvel interao entre analito e solvente);- pequenas variaes nas vazes;- propagao de erros nos clculos.

7. CONCLUSO

Com a determinao da DTR foi possvel determinar o tempo de residncia mdio e variana para o reator PFR. Tais valores foram utilizados para o clculo da converso no reato para a reao de pseudo-primeira ordem da violeta genciana com o hidrxido de sdio eexcesso. Observamos que o modelo experimental apresentou um pequeno desvio em relao a


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modelos tericos: 9,00%, 6,58% e 8,80% para o PFR ideal, o Modelo do Escoamento Segrega(MES) e o Modelo da Disperso Axial (reator real), respectivamente. Este desvio foi atribudoerros experimentais e considerado pequeno, j que ficou menor que 10%, o que nos d portanresultados satisfatrios para o nosso experimento.

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] H. Scott Fogler, Elementos de Engenharia das Reaes Qumicas, 3 Edio, Editora LTC.

[2] Apostila de Laboratrio de Engenharia Qumica 3 Prtica 5.3 DTR e Converso noPFR,DEQ/UEM/2011

[3] Relatrio das Prticas Curva Padro da Violeta Genciana e Reao de 1 ordem e equade Arrhenius Laboratrio de Engenharia Qumica 3/DEQ/UEM/2011

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