Reactores Químicos II
Ano lectivo 2007/08
2º Teste
1) A reacção elementar ATB é conduzida, na fase gasosa, num reactor de leito fixo, consistindo num
único tubo de 2 m de comprimento e 2 cm de diâmetro da secção recta, cheio com um catalisador
sólido, poroso, na forma de pelets esféricas de 3 mm de diâmetro. Nas condições reaccionais o valor
da constante cinética observada é 0.12 dm3 gcat-1 min-1.
a) Considerando que a alimentação ao reactor é efectuada a um caudal volumétrico de 2 dm3/min,
calcule o valor do coeficiente de transferência de massa.
b) Determine para que gama de valores do caudal volumétrico da alimentação, o reactor opera em
regime cinético.
Dados:
ρp = 1.3 g/cm3; Difusividade: DA = 2,7 x 10-8 m2/s; viscosidade cinemática: ν = 4x10-6 m2/s; εb=0.45
k d
udp ;
ε
ν
Sh = 1.0 Re1 2 Sc1 3 ; Sh = c p ⋅ b ; Re =
Sc =
DA
(
1 − εb
ν 1 − εb
)
DA
2) A reacção em fase gasosa A T B é conduzida, à pressão de 1 atm e à temperatura de 673 K, num
reactor monolítico apresentando uma secção quadrada com as dimensões de 25.1 cm x 25.1 cm, com
a forma de um tijolo cerâmico possuindo aberturas de secção quadrada de 4 mm de lado, como
indicado na figura.
a) Deduza a expressão que nos dá o comprimento do reactor em
função da conversão.
b) Sabendo que a espessura das paredes é de 1 mm, calcule o
comprimento de reactor necessário a uma conversão de 99.5%.
Considere que o reactor funciona em regime difusional externo.
4 mm
Dados: Difusividade: 1.1 x 10-8 m2/s; ρc = 1.4 g/cm3
Viscosidade cinemática: 2 x 10-6 m2/s; Caudal volumétrico da
alimentação: 1 dm3/min
Sh= 6.0 + 0.0006
( )
Re
L / 2b
136
.
; Sh =
8k cb
D AB
; Re =
8bU
ν
3) A reacção de 1ª ordem ATB é conduzida na fase gasosa num reactor multitubular de leito fixo
empacotado com pellets esféricas de um catalisador poroso. O reagente A é alimentado puro ao
reactor, à pressão de 1 atm e à temperatura de 300 ºC, a um caudal volumétrico de 150 dm3/min.. O
passo controlador da velocidade é a transferência de massa intraparticular. Cada tubo tem um
diâmetro interno de 2.5 cm e um comprimento de 2 m. Sabe-se que para se obter uma conversão de
99% é necessário usar-se 100 kg de catalisador. Se, porém, estas pellets forem substituídas por outras
com metade do diâmetro das primeiras, a quantidade de catalisador necessária à mesma conversão é
de 52.25 kg. Calcule:
a) O número de tubos que constituem o reactor
b) Os valores das constantes cinéticas aparentes, em cada uma das situações.
c) O valor da constante cinética intrínseca.
d) Os valores dos diâmetros das pellets em cada uma das situações.
Dados:
Difusividade efectiva: De = 1.4 x 10-8 m2/s; Massa específica das pellets: ρp = 1.3 g/cm3
Porosidade do leito: εb = 30%
φ = R (k’ ρp/De)
1/2
η=
3
φ2
(φ coth
φ − 1)