Eng.ª das Reacções Químicas I
Docente: Prof. Inês Portugal
Ano Lectivo: 2003/04
Curso(s): Licenciatura em Engenharia Química
Escolaridade: 2h T - 02h TP - 0h P
Unidades de Crédito: 3.5
OBJECTIVOS
Introdução aos conceitos básicos de Engenharia da Reacção Química, em particular análise e dimensionamento de
reactores químicos homogéneos. Sensibilização para a importância do reactor numa unidade industrial e sua ligação com
as restantes peças de equipamento.
Aplicação dos conceitos fundamentais de Termodinâmica, Cinética Química, Fenómenos de Transferência, Balanços de
Material e Energia para o dimensionamento de reactores químicos.
METODOLOGIA
Os conceitos fundamentais serão leccionados em aulas teóricas sendo apresentados e discutidos alguns exemplos. Nas
aulas teórico-práticas serão resolvidos exercícios, com o intuito de aplicar os conceitos leccionados e desenvolver a
capacidade de resolução de problemas.
AVALIAÇÃO
A avaliação realiza-se num Exame Final, individual e sem consulta, com a duração máxima de 3 horas. A nota mínima
para ir ao Exame de Recorrência é de 5 valores.
PROGRAMA
1. Conceitos fundamentais
1.1. Revisão de conceitos fundamentais de Termodinâmica Química, Cinética Química e Estequiometria.
1.2. Relação entre conversão e concentração (sistemas a volume constante e volume variável): a tabela estequiométrica.
1.3. Classificação de reactores quanto ao número de fases, o modo de operação e regime de escoamento.
1.4. A equação geral de dimensionamento dos reactores homogéneos ideais: análise gráfica.
2. Análise e Dimensionamento de Reactores Descontínuos
2.1- As equações de balanço material e balanço de energia.
2.2- Operação isotérmica
2.2.1- cálculo do tempo de reacção, número de ciclos de operação e volume de reactor.
2.2.2- cálculo dos requisitos energéticos.
2.3- Operação não-isotérmica
2.3.1- operação adiabática
2.3.2- operação não-adiabática
2.4- Estratégias de optimização
2.4.1- optimização da velocidade de produção e temperatura para reacções simples.
2.4.2- optimização da selectividade e rendimento para sistemas de reacções múltiplas.
3. Reactor Contínuo Perfeitamente Agitado (CSTR)
3.1- As equações de balanço material e balanço de energia em estado estacionário.
3.1.1- Operação isotérmica: cálculo do tempo espacial e requisitos energéticos.
3.1.2- Operação não isotérmica: cálculo da temperatura de operação e do tempo espacial.
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Ano Lectivo: 2003/04
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3.2- Associação de reactores em série e em paralelo: a bateria de CSTR’s.
3.3- Estabilidade e multiplicidade do estado estacionário (curva de ignição/extinção).
3.4- Introdução à operação em estado transiente: cálculo do tempo para atingir o estado estacionário.
4. Reactor Contínuo com Escoamento Pistão (PFR)
4.1- As equações de balanço material e balanço de energia em estado estacionário
4.1.1- Operação isotérmica e isobárica: cálculo do tempo espacial e requisitos energéticos
4.1.2- Operação isotérmica: a influência das perdas de carga no dimensionamento
4.1.3- Operação adiabática: dimensionamento do reactor; os perfis de temperatura e conversão ao longo do reactor.
4.1.4- Operação não-adiabática: resolução simultâneas das equações de balanço com ferramentas computacionais
4.2- Associação de reactores em série e em paralelo: reactores multi-tubulares
4.3- O reactor tubular com reciclo: análise dos casos limites R=0 e R=∞
5. Comparação e Selecção de Reactores Contínuos
5.1- Optimização da conversão para reacções simples
5.2- Optimização da selectividade e rendimento para reacções múltiplas
6.
Introdução à não idealidade de Reactores
6.1- A curva de distribuição dos tempos de residência (DTR) e os seus momentos.
6.2- Determinação experimental da curva DTR: estudos com traçadores.
6.3- Diagnósticos de funcionamento e previsão da conversão com base nas curvas DTR: o modelo da segregação total.
6.4- Modelos uni-paramétricos para reactores reais: o modelo de n-tanques em série.
6.5- Modelos multi-paramétricos de Levenspiel
BIBLIOGRAFIA
Fogler, H.S.; Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall Int., New Jersey - USA, 3rd Ed. (1999).
Levenspiel, O.; Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Sons - USA, 3rd Ed. (1999).
O Regente da Disciplina
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