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Reator de Lama

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by

fernando paula

on 5 September 2013

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Transcript of Reator de Lama

Reator Lama
Passos para determinar a etapa limitante
1 - Plotar os pontos no gráfico de Ci/R por 1/m;
Aplicações:
Reator multifásico
sólido - catalisador finamete dividido
líquido - reagente ou meio inerte
gás - reagente borbulhado
Movimento paralelo
Vantagens
Pode operar como semi-contínuo ou em batelado
1 - Fácil construção;
2 - Ótimo desempenho na transferência de calor;
3 - Baixa perda de carga;
4 - Menos catalisador devido a sua
alta eficiencia catalítica;
2 - atrito entre as particulas do catalisador;

1 - Maior custo e tempo disperdiçado no final do processo;
Desvantagens
3 - Influência da temperatura, pressão e concentração de catalisador na transferencia de calor e massa.
Uma característica dos processos é a sua exotermicidade e consequentemente a necessidade de se operar em elevadas condições de temperatura e pressão;
Fischer-Tropsch
catalisador: cobalto ou ferro
Duas condições de operação:

Reator de Leito Fixo
Opera em altas temperaturas produzindo ampla faixa de olefinas com baixo ponto de ebulição e gasolina, porém grande quantidade de oxigenados também são produzidos.
Reator de Lama
Opera em temperatura banda, produzindo parafina e cadeias lineares com a possibidade de ajuste para obter maior seletividade
Com objetivo de substituir o reator de leito fixo, foi desenvolvido pela Sasol o reator de lama em 1991 com 5 m de diametro e 22 m de altura
Reator Arge
Reator
Vídeo
Possui vantagens como menor custo, menor quantidade de catalisador necessário pra operação e mais fácil de ser produzido em grande escala
Sintese de Metanol
Existe o desafio em se operar o reator com a remoção de calor ao mesmo tempo com o controle preciso da temperatura
Para tal , o processo em fase líquida utilizando óleo mineral facilita o transporte de calor do catalisador até o trocador
Tecnologia LPMEOH

Combustível alternativo, considerado limpo e econômico

Sintese de DME
Para a sintese, deve ser levado em conta o controle preciso da temperatura devido a alta contante de equilíbrio.
Reações
Reações:
Micro e Macro Cinética
Em um sistema heterogêneo, o processo ocorre em duas etapas, tranferência de massa e reação química, simultaneamente;
A cinética dentro do pellet pode ser afetada pela difusão dentro do poro, de acordo com o modulo de Thiele, onde pode ser medido pelo fator de efetividade:

Quando os poros do catalisador está preenchido de líquido, efeitos do gradiente de temperatura podem ser ignorados, mesmo em reações exotermicas.
Transporte do reagente da fase líquida até a superfície do catalisador
coeficiente de T.M. solido-líquido
Transporte do reagente gasoso até a fase líquida é realizado em 2 etapas:
gás-interface liquída
fase líquida-fase bulk
muito pequena!!
Modelagem do reator:
Reação:
Fase gasosa
Fase líquida
Fase sólida
A:
B:
Modelagem do reator lama
Etapas consideradas na modelagem
1 - Absorção da da fase gasosa até a interface líquida da bolha
2 - Difusão da interface bolha até a fase bulk do líquido
3 - Difusão da fase bulk até a superfície externa do catalisador
4 - Difusão interna do reagente até os poros
5 -Reação intrísseca no poro
Exemplo: Hidrogenação do Linoleato:
Taxa de absorção de gás
Transporte entre a interface gás-líquido e a fase bulk do líquido:
Taxa do transporte até o catalisador
Transporte do hidrogênio da fase bulk até a superfície do catalisador:
Taxa de difusão e reação
Fator de efetividade: razão entre a taxa real e a taxa intrínseca da reação
Taxa de reação:
Primeira ordem em relação ao hidrogênio
coeficiente de transferencia de massa
área superficial da bolha
concentração na interface
concentração fase bulk
taxa de absorção
coeficiente de transferencia de massa para particula
área específica externa da partícula
concentração massica do catalisador
concentração na superfície do catalisador
Multiplicando a taxa de reação pela massa do catalisador por unidade de volume de solução, obtemos a taxa de reação por volume de solução:
Taxa específica de reação
Estado estacionário
taxas se igualam
ou
absorção de gás
difusão externa
difusão e reação no catalisador
Resistências
Etapa 1: absorção ou resistencia combinada?
Etapa 2: Qual é a etapa limitante?
Difusão externa
Difusão interna
Reação na superfície
Partículas muito pequenas:
Reação na superfície
Partículas moderadas:
Difusão interna
Partículas largas:
difusão externa:
Sem atrito partícula e fluido
Atrito entre partícula e fluido
2 - Determinar a resistência combinada através da inclinação da reta;
3 - Plotar um grafigo do log resistencia combinada pelo log do diametro da partícula; Através da inclinação, determinar qual a etama limitante pelos valores 0, 1, 1.5, 1.7 ou 2;
4 - Se a inclinação calculada estiver entre esses valores, a sugestão deve ser 0,5, pois indica que existe mais de uma etapa limitante.
Determinação da etapa limitante
Reação:
determinar Kc !
Bibliografia
H. Scott Fogler; Elements of Chemical Reaction Rngineering; India; Editora Prentice-Hall; 1999
Biardi, G.& Baldi, G. ; Three-phase catalystic reactor; Catalysis Today; Volume: 52; p.223-234; 1999
Sehabiague, L.; Lemoine, R.; Behkish, A.; Heintz, Y. J.; Sanoja, M.; Oukaci, R.; Morsi, B. I.; Modeling and optimization of a large-scale slurry bubble column reactor for producing 10,000 bbl/day of Fischer–Tropsch liquid hydrocarbons; Volume: 39; p.169-179; 2008
Wang, T. ; Wang, J. ; Jin, Y.; Slurry Reactors for Gas-to-Liquid Processes: A Review; Ind. Eng. Chem.; Volume: 46; p. 5824-5847; 2007
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