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.
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.
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.
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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