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18 Outubro 2018

Reactor Tubular Tipo Pistão

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Notação

 

Relativamente ao reactor tubular com escoamento pistão (RP), apenas é possível simular o caso em que o sistema se encontra em estado estacionário e em que a reacção que se processa no interior do reactor é irreversível de primeira ordem. Do balanço mássico parcial ao reagente A e balanço energético, ambos em estado estacionário, resultam as equações de projecto apresentadas de seguida.

Formula
 

O significado destes parâmetros está indicado na notação. Neste caso está a considerar-se que as variáveis de estado são a conversão do reagente A, xA, e a temperatura, T. Através da resolução destas equações podem ser conhecidos os perfis de conversão e temperatura ao longo do reactor, obtidos por resolução deste sistema de equações diferenciais ordinárias. A Fig.1 mostra um exemplo de um perfil de conversão e um perfil de temperatura ao longo do reactor, estando em evidência a exotermicidade da reacção química considerada.

 

Reactor tubular tipo pistão em estado estacionário (a)- perfil de conversão do reagente; (b)- perfil de temperatura
Figura 1 – Reactor tubular tipo pistão em estado estacionário (a)- perfil de conversão do reagente; (b)- perfil de temperatura.

 

Relativamente aos reactores tubulares, o utilizador pode ainda estudar individualmente a influência da temperatura de alimentação do reactor, T0, e do caudal molar de alimentação, F0. Para tal, podem ser testados 3 valores diferentes para cada variável (T0 ou F0). Na Fig.2 indica-se a título exemplificativo, a influência de T0 no perfil de conversão e no perfil de temperatura.

 

Influência de T0 no comportamento do reactor tubular tipo pistão em estado estacionário (a)- perfis de conversão; (b) perfis axiais de temperatura
Figura 2 – Influência de T0 no comportamento do reactor tubular tipo pistão em estado estacionário (a)- perfis de conversão; (b) perfis axiais de temperatura.

 


Notação

 A Área de transferência de calor (m2)
CA Concentração de reagente à saída do reactor (mol.m-3)
CA0 Concentração de reagente à entrada do reactor (mol.m-3)
CAi Concentração de reagente no interior e à saída do reactor no tempo t=0 (mol.m-3)
Cp Capacidade calorífica molar da mistura reaccional (J.mol-1.K-1)
E Energia de activação (J.mol-1)
F0 Caudal molar de alimentação (mol.s-1)
h Nível de mistura reaccional no interior do reactor (m)
hi Nível da mistura reaccional no interior do reactor no instante inicial (m)
K Coeficiente dado pelo inverso da resistência da válvula que controla o caudal de saída do reactor (m2.s-1)
k0 Factor de frequência (s-1)
L Comprimento do reactor tubular (m)
P Pressão no interior do reactor (Pa)
Q0 Caudal volumétrico da mistura reaccional à entrada do reactor (m3.s-1)
R Constante dos gases perfeitos (J mol-1.K-1)
R Resistência da válvula que controla o caudal volumétrico de saída do reactor (s.m-2)
r Raio do reactor (m)
R0 Raio interno do reactor tubular (m)
T Temperatura à saída e no interior do reactor (K)
t Tempo (s)
T0 Temperatura de alimentação (K)
Ti Temperatura no interior e à saída do reactor no instante inicial (K)
ts Tempo de simulação (min)
Tw Temperatura da parede do sistema (K)
U Coeficiente global de transferência de calor (J.m-2.s-1.K-1)
V Volume do reactor (m3)
xA Conversão do reagente em cada ponto do reactor
z Coordenada axial (m)
DH Calor da reacção (J.mol-1)
r Massa específica da mistura reaccional (kg.m-3)
τ Tempo de passagem ou tempo de residência (s)

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