ZEÓLITA FAUJASITA
ZEÓLITA FAUJASITA
VELOCIDADE DE REAÇÃO
A PARTIR DA FREQUÊNCIA
Reação de síntese de Fischer-Tropsch
CO + H2  CH4 + H2O
Catalisador comercial de 0,5% Ru / Alumina.
Dispersão de átomos de Ru expostos : 49% (quimissorção de
hidrogênio)
Freqüência de reação para o metano : 0,044 s-1 (número de
átomos/moléculas reagindo por sítio e por segundo) a P = 988 kPa e T
= 475 K
Qual a velocidade de formação de metano em mol/s.gcat ?
- rA = NCH4 . D. ( 1/MWRu ) . ( %Ru/100 )
NCH4 = 0,044 moléculas/(átomo exposto de Ru) . s x
metano/6,02x1023 molec.
1 mol
D = 0,49 átomos expostos/num. total de átomos de Ru x 6,02x1023
átomos de Ru/mol Ru
MWRu = 101,1 g/mol Ru
%Ru/100 = 0,005 g Ru/gcat
- rA = 1,07 x 10-6 mol/s.gcat
FREQUÊNCIA DE REAÇÃO
ALGORÍTMO PARA PROJETO
DE REATOR HETEROGÊNEO
Coleta de dados em
Reatores de laboratório
Obtenção lei
de velocidade
Estimação
Parâmetros da
lei de velocidade
Definição de mecanismo
e etapa limitante reação
Projeto reator
ADSORÇÃO
Representação de uma espécie adsorvida na superfície do
catalisador
A + S
⇌
S = sítio
A.S
ADSORÇÃO
Ct (mol/gcat) = conc. molar total de sítios ativos = número de sítios ativos/massacat.
/Número de AvogadRo
Cv = conc. molar de sítios vazios = número de sítios vazios/ massacat. /Número de
AvogadRo
Pi = pressão parcial da espécie i na fase gasosa, atm
Ci.s = conc. De sítios na superfície ocupados pela espécie i , mol/gcat
ADSORÇÃO
Se espécies A e B
Ct = Cv + CA.S + CB.S
A
BALANÇO DE SÍTIOS
B
ADSORÇÃO
• Adsorção molecular ou associativa ou nãodissociativa
CO + S
CO.S
C
Ex:
O
-Ni-Ni-Ni-
ADSORÇÃO
• Adsorção dissociativa
CO + 2S
C.S + O.S
Ex:
C O
-Fe-Fe-Fe-
ADSORÇÃO
CO + S
CO.S
• Isoterma de Langmuir
• vd = kAd PCO CV
• Vr = k-ad CCO.S
rAD = kAd PCO CV - k-ad CCO.S
ADSORÇÃO
• Chamando KAd = kAd/ k-Ad
constante de equilíbrio de adsorção
rAd = kAd (PCO CV - CCO.S/ KAd )
ADSORÇÃO
• kAd independente da temperatura
• k-Ad aumenta exponencialmente com a T
Logo:
• KAd diminui exponencialmente com a T
ADSORÇÃO
• Balanço de sítios
Ct = CV + CCO.S
No equilíbrio: rAd = 0
CCO.S = KAd PCO CV = KAd PCO (Ct - CCO.S)
CCO.S (1 + KAd PCO) = KAd PCO Ct
CCO.S = KAd PCO Ct / 1 + KAd PCO
ADSORÇÃO
Cco.s
Isoterma de Langmuir
PCO
AJUSTE À LANGMUIR
Pco/ CCO.S
PCO/ CCO.S = 1/KAdCt + PCO/Ct
Pco
ADSORÇÃO DISSOCIATIVA
CO + 2S
C.S + O.S
A probalidade de dois sítios vazios adjacentes um ao outro é proporcional ao quadrado
da concentração de sítios vazios
Vd = kAd Pco Cv2
Vr = k-Ad CO.S CC.S
rAd = kAd Pco Cv2 - k-Ad CO.S CC.S
ADSORÇÃO
• Chamando KAd = kAd/ k-Ad
constante de equilíbrio de adsorção
rAd = kAd (PCO CV2 - CC.SCO.S / KAd )
ADSORÇÃO
No equilíbrio: rAd = 0
kAd PCO CV2 = k-Ad CC.SCO.S
Para CC.S = CO.S
CO.S = ( KAd PCO)1/2 CV
ADSORÇÃO
• Balanço de sítios:
Ct = CV + CC.S + CO.S
CV = Ct - CC.S - CO.S
CV = Ct - 2CO.S
ADSORÇÃO
• Isoterma de Langmuir
CO.S = ( KAd PCO)1/2 Ct/ 1 + 2(( KAd
PCO)1/2
Linearizando:
(PCO)1/2/ CO.S = 1/ Ct(KAd)1/2 + 2(PCO)1/2/Ct
ADSORÇÃO
• (PCO)1/2/ CO.S
(PCO)1/2
Reação na superfície
• sítio único
A.S
Reação elementar
B.S
rs = ks ( CA.S - CB.S/Ks )
Ks = ks/k-s
Reação na superfície
• sítio duplo
A.S + S
B.S + S
rs = ks ( CA.S Cv – CB.S Cv /Ks )
Reação na superfície
A.S + B.S
C.S + D.S
rs = ks ( CA.S CB.S – CC.S CD.S /Ks )
Reação na superfície
A.S + B.S’
C.S’ + D.S
rs = ks ( CA.S CB.S’ – CC.S’ CD.S /Ks )
Cinética de Langmuir-Hinshelwood
Reação na superfície
A.S + B(g)
C.S + D(g)
rs = ks ( CA.S PB – CC.S PD /Ks )
Mecanismo de Eley-Rideal
Dessorção
C.S
C + S
rD = kD ( CC.S - PCCv/KD )