sexta-feira, 21 de maio de 2010

Reatores do tipo tanque: Balanço material

Os reatores do tipo tanque são usados para realizar reações em fase líquida. A mistura líquida é constituída pelos reagentes e produtos reagentes e produtos diluídos num solvente, em geral, água, mas pode ser qualquer outro que seja conveniente para a realização da reação. Nestas condições não se espera que a variação de volume devida a variação da composição da pressão ou da temperatura durante o processo seja significativa.

O reator do tipo tanque contínuo é o mais genérico e os reatores descontínuos e semi-contínuos são casos particulares deste. A seguir é mostrado um reator contínuo onde o volume da mistura reagente é V, a temperatura é T e a composição é dada pela concentração molar de cada componente cj. A vazão volumétrica da mistura na saída é q. Este reator ocorrem R reações envolvendo N componentes

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A velocidade das reações são, respectivamente, ri. Admitindo a hipótese de mistura perfeita, as condições na mistura que sai do reator são iguais as condições dentro do reator. A condições de temperatura, composição e vazão na entrada estão indicada pelo sobre índice zero, T0 e c0J e q0.

Antes do balanço material propriamente dito é necessário fazer um balanço volumétrico. Disto resulta

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As vazões de alimentação e descarga podem ser variadas de acordo com a estratégia de quem opera o reator. Então, estas vazões podem ser funções do tempo.

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O mais comum é que sejam constantes. No caso do reator do tipo tangue em batelada não há alimentação e nem descarga durante a reação e

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Nos reatores contínuos, a alimentação e a retirada ocorrem ao mesmo tempo e com a mesma vazão e

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Qualquer caso diferente deste classifica o reator como semicontínuo. Por exemplo,

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classificam o reator como descontínuo alimentado. O reator vai encher até transbordar, antes disso a alimentação deverá ser interrompida ou a operação tornada contínua. Se

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o reator é continuo descarregado. Esse reator tem pouco uso, mas pode interessar em alguns casos.

O balanço material molar do componente j resulta

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Expandindo esta equação e considerando o balanço volumétrico chega-se -a

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Considerando que

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e inserindo na equação de balanço resulta

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Esta igualdade só é possível se

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As R equações acima são as equações gerais do reator do tipo tanque contínuos. Nelas

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é o tempo de residência da mistura reagente no reator. Para os reatores descontínuos é fácil de mostrar que as equações acima se reduzem a

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As equações de balanço material constituem um sistema de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem. O método mais indicados são os de Runge-Kutta.

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