CONSIDERAÇÕES TRABALHOMECÂNICONASEQUAÇÕES DE BALANÇOEM REATORES PRF e CSTR

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1 CONIDERAÇÕE DO RABALOMECÂNICONAEQUAÇÕE DE BALANÇOEM REAORE RF CR.. N J. Ma 2,2 Udad Fdal d Campa Gad, Udad Acadêmca d Eghaa Químca E-mal paa cotato: tala@yahoo.com.b ma@dq.ufcg.du.b REUMO - Codado a quaçõ d balaço d maa, ga topa, a dfuão d maa m um ato FR u qualt tabalho mcâco alado plo tma d agtação m um CR, o objto pcpal d atgo cot o dolmto da taxa d podução d topa paa ambo o ato ado otma o dmto do tma ato m aál. A lação t a cotbução dfua do FR o tabalho d agtação do CR tm do dcada, xplctado a ga adcoal típca tafda paa a maa ata o ato CR. A pat da codaçõ, pod- ma a quação qu goa a taxa d podução d topa, o pf d coctação tmpatua o ato um compaato t ambo. O ultado dcam um gfcato aumto a taxa d coão o FR CR, a cdad da cluão do tabalho d agtação a quaçõ d balaço o CR, focdo uma mlho compão do mcamo paa otmação. alaa-cha: ato FR CR, aál dmoal, mmação tópca. INRODUÇÃO O dmpho d um tma ato qu op da foma ma gua fct tm do a cha paa o uco ou facao d uma plata químca(fogl,2002), ou ja uma lação gfcata do cuto/bfíco. aa ta pojto, utla- comumt a abodagm cláca d aál otmação aplcada a poco químco fudamtada o balaço d maa ga. No tato, o método da mmação d gação d topa aaplcada a tma ato (Mat al,2009) ão ato tm do popoto como uma tatéga ma mplfcada tm gado mlho ultado compado com a mtodologa cláca(gom t al,203).al mtodologa utla a guda l da tmodâmca paa a mação da codçõ ótma global paa um poco químco, pcalmt quado coda- a capacdad d dmto ou a cooma d ga (Ma t al. 2009). Icalmt a mtodologa fo mpgada m um ato tpo CR paa uma ação d pma odm, íl xotémca. O ultado obtdo motam qu, paa codçõ pcífca d opação, a taxa d míma gação d topa pod alcaçada, Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco

2 o qu ulta a olução ótma global.d modo, o tma tabalha o tado íl,codado-o póxmo da taxa míma d podução d topa. N tabalho, uma aál tm do aladaa pat da quaçõ dfca d balaço d maa, ga topa ado tablc a aação d topa tmpoal paa ato tpo FR, como também aala a mplcaçõ da todução do tabalho do tma d agtação a quaçõ d balaço, otadamt aplcada ao ato do tpo CR. 2. EUDO DE CAO Como lutação,do cao têm do abodado paa o mpgo da mtodologa d mmação tópca aplcada a um poco dutal dcto gfcatamt a ltatua: poco d podução d poploglcol. O poplo glcol é podudo m laga cala do poál po cca d 25% do dado do óxdo d poplo. O pmo cao tata- d um ato é do tpo CR, cotdo uma cot d tada, qu cot d uma mtua m olum gua d óxdo d poplo mtaol água. A tmpatua d tada do ato é d 297 K. A ação é d pma odm, xotémca oco faclmt à tmpatua ambt pão cotat a pça d ácdo ulfúco como catalado. No gudo cao coda- o mmo tma,mpgado- paa tato um ato do tpo FR. 3. MINIMIZAÇÃO ENRÓICA ALICADA ARODUÇÃO DEROILENO GLICOL EM UM REAOR IO CR Aalado a podução d poploglcol m um ato tpo CR a pat da hdól d óxdo d poplo codado qu a mtua ta o ato bm homogêa, a pça d ácdo ulfúco como catalado, a ação oco faclmt à tmpatua ambt. Óxdo d poplo (po) Mtaol (M) Água(w) Q oplo Glcol (pg) Fgua 0- Rptação do ato CR com pta d famto paa o poco d podução do poplo glcol. Aquaçõ paa o balaço d maa talpa do tma m fução da coão, paa o tma ato ptado pla Fgua 0, ão dado po: Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 2

3 VC po dx FM po X V () Vc p d FM po c od o tmo d Q UA C p Q V (2) dc a taxa d tafêca d calo V,, C p,, FM po, ão pctamt o olum do ato, maa pcífca, calo pcífco da péc, taxa d ação, aão mola do poplo glcol a tmpatua. O balaço d topa do tma é dado po: R d d Q F ( ) F( ) (3) o qual F,, ão a aão olumétca d tada, a topa pcífca d tada a taxa d gação d topa. abdo- qu a topa é fução da tmpatua do úmo d mol da péc qu cottum o tma, com ba o cocto d dada total, pod fcado qu o modlo qu dc a taxa d podução d topa m fução da ga l d Gbbpaa a podução d poplo glcol m um CR dal é dado pla gut quação: GR F C l c p V (4) G od o tmo R dota a am chamada foça oa (dg foc). D acodo com Mat al (2009), o poco d mmação a da topa pmt ma o alo mímo da taxa d podução d topa do tma tablc o poto ótmo d opação do mmo, poddo t também utlado paa o dolmto d ato CR. Apa da mtodologa d mmação tópca t do dolda aplcada d maa atfatóa paa um ato CR dal, Gom t al (203) obaam qu o dado obtdo a pat da mtodologa ão podam aplcado amt a pátca po, ctaa d modfcaçõ fíca o tma como, po xmplo, a dmão do ato, ddo a altaçõ otmpo d dêca da mtua o compomta a lação cuto/bfíco. Em u tudo, Gom t al (203, 204) popô qu a codação cal paa o dolmto d pojto d ato da aaladacom a cluão do tabalho do agtado, ado aumta o gau d lbdad do tma.atdo daflxão qutoou a tafêca do tabalho mcâco do agtado, o qual ão omt paa a tafêca d maa, ma, obtudo à tafêca d ga ao tma. Foam popoto do tma m ao tpo CR: - tma ão ato: ctalação do ácdo mooclooacétco Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 3

4 2- tma ato: podução d poplo glcol po hdól d óxdo d poplo. D acodo com o xpmto alado po Gom t al (204), toou- poíl fca a fluêca do tabalho tafdo plo agtado à mtua compaa-lo com o tma popoto dcto a ltatua (Fogl, 2002), cujo ultado dcam qu uma pcífca locdad d otação do agtado podu fto mla àqul ultat da aação do tmpo d dêca. Com o, a quação d taxa d podução d topadolda po Mat al (2009), com a cotbução do tabalho do agtado ao tma codado pod cta paa tma ão ato como: F aa tma ato: X X Gc c p l X ot (5) E R ~ ~ k G 0 Rf f ot F C c p l F f (6) E f f R k0 ot f- ao tabalho tafdo plo agtado é aalado po mo d aál dmoal ultado m: ot. 5. D N 3 (7) D,,, N ão pctamt: o dâmto do agtado, a maa pcífca, locdad do mpulo o úmo d Nwto. 4. CONRUÇÃO DE MODELO ARA MINIMIZAÇÃO ENRÓICA DIREA BAEADA NO RIMEIRO RINCÍIO ALICADA A RODUÇÃO DE ROILENO GLICOL EM UM REAOR IO FR Com o tuto d td a mtodologa paa o ato tpo FR, fo alada o balaço dfca paa o dolmto d modlo matmátco qu dcam o compotamto da taxa d podução d topa m um ato FR. R Q 0 F F 0 L CA C CA 0 A Fgua 02 - Rptação do ato FR. Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 4

5 4.- CONERVAÇÃO DA MAA odm- oba dua cotbuçõ lata à tafêca d maa: Dfua tapot da matéa ddo à taçõ molcula; Cocta - auxílo ao tapot d matéa como coquêca do momto do mo. A pat d uma aál dfcal do balaço d maa paa um ato tpo FR, é poíl fca, a Equação 8, a xtêca da dua cotbuçõ. 2 2 ( C) ( C ) ( C ) ( C ) C C C Dj t Cocta Dfua R Gação (8) Od,,,, D C copod pctamt ao compot da locdad o j xo, ao do ato, cofct d dfudad coctação da ubtâca. O tmo d gação copod à ptação da taxa líquda d podução da péc po mo da açõ, jam la homogêa ou htogêa, xtt o do tma. E, a pat da quação, é poíl ma o pfl d coctação xtt ao logo do ato FR CONERVAÇÃO DA ENERGIA Codaçõ gooa xgm a fomulação d ga témco m toda a dçõ. Ao tablcmo o ga m cada uma da tê dçõ mutuamt ppdcula, mamo o fluxo d calo m qualqu dção a tmpatua m qualqu poto do matal. (om,988) Aplcado a ma L da modâmca a um lmto d olum, upodo qu ão haja aação d ga potcal m d ga cétca, cotamo a gut xpão (Equação 9) paa o balaço d ga: ( ) 2 k od k, C Cotbução Dfua p q k t Cotbução Cocta q ptam pctamt a codutdad témca, a dfudad témca o tmo d adção d ga. O tmo ( q ) coda a fot d ga ao tma como um ultado da açõ químca da tafêca d maa. lo balaço gétco paa um ato tpo FR, oba- qu a foma d tabalho xtt paa tma, dftmt do CR, tá aocadoa uma dfça d coctação do momto da maa o to do qupamto, uma qu tal tma ato ão pou quma d agtação. E momto é ddo à bução d foça d pão xtt o do tma, o qual pod lacoado a pat da Equação 0. (9) w dm (0) Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 5

6 a qual o tabalho alado plo tma é fução da põ xtt o ato, do olum pcífco da maa do fluído. Val alta tabalho ão copod ao alado plo olum d cotol, poddo ta cluo o tmo talpa (h). Um outo camho d obt o balaço d ga é codado a coodada clídca, a qua tal balaço pod dado po: V, t C p ddd t () Ou ada, podmo c como do: o Etada( ) ( N ( ) ) NCp E E E f (2) o aída( ) ( N j j( ) ) N jcp j f (3) j j od a aação d talpa do poco pod dada po: poco ação f E E f (4) Am, podmo ma o balaço tálpco, ou gétco, paa um tma ato m um ato FR ataé da Equação 5. ação f E f C p V, t ddd t (5) 4.3- EGUNDA LEI DA ERMODINÂMICA: BALANÇO ENRÓICO Da mma foma qu o balaço d ga pod cto paa poco o qua há tada, aída ou coamto d fluído ataé d um lmto d olum d cotol, também é poíl c o balaço d topa. D acodo com a guda l da tmodâmca, a aação d topa total aocada a qualqu poco tm qu pota com um alo lmt gual à o paa um poco íl. Logo, a quação do balaço d topa qualt é: axa líquda axa d acúmulo axa d topa d topa, A d topa, V/ t aocada ao Q Ou ada, axa d gação d topa aocada V (6) Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 6

7 (7) Q ão Cocta Cotbuç ão Dfua Cotbuç t od (8) Q A upão do tmo ( t ) da Equação 7 é jutfcada dd qu o tma d opa o tado tacoáo, o qual tá aocado ao tado íl quado (σ ) td paa o. Aalado a quação do balaço d topa (Equação 7), tmo o tmo ( ) qu copod à taxa d topa gada plo tma Q f- à taxa d calo tocado com a haça. Além do, a quação pmt aala a xtêca da cotbuçõ dfua cocta do tma. o outa ppcta, dado qu a topa é uma fução d tado dp da tmpatua, pão úmo d mol,,,, tão aplcado o cocto da dfcal total, o tmo d d do balaço tópco pod também xpo como do: (9) Q m - m C B A d d d d O tmo d,d d todudo a Equação 9 ulta m: (20) Q m m ) ( ) ( ) ( ) ( C t B t A t od o tmo d copod àaação tmpoal d topa m um ato FR a topa pcífca podm dada pla quação d Eul, = x. Ao aalamo a Equação 20, oba- qu o tmo A tá lacoado ao balaço d ga dl é poíl ma o pfl d tmpatua ao logo do tma. O tmo B é culado ao balaço d momto a foça qu atuam o do ato, po fm, o tmo C pta o pfl d coctação a taxa d ação o mo. Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 7

8 5. CONCLUÃO A mtodologa d mmação d gação d topa tm do uada paa ma o alo mímo da taxa d podução d topa do tma tablc o poto ótmo global d opação do mmo,com ultado atfatóo paa a coão m um ato CR dal. Além do, fo poíl obt a quação paa a taxa d podução d topa com a cotbução do tabalho alado plo agtado ao tma ato ão ato m um ato CR. A todução do tabalho tm ubttuído com atag técca coômca altaçõ a aá cotuta do ato CR. aa o cao do ato tpo FR,coclu- qu o tabalho qu oco o tmatá lacoado com a dfça d coctação ao momto damaa o to do qupamto, od momto pod atbuído à bução d foça d pão xtt o tma. Vfca- ada qu utlado a mtodologa uada m ato do tpo CR, fo obtda a quação qu copod à taxa d aação d topa dâmca paa um ato do tpo FR qu ao logo d um FR xtm apa a cotbuçõ dfua cocta. Mmo m cotbu com o tabalho, a todução d um tma d agtação tátco pod podu ultado ma fto paa o tmo cocto dfuo. 6. AGRADECIMENO O Colho Nacoal d Dolmto Ctífco cológco (CNq) plo facamto da pqua, a Udad Acadêmca d Eghaa Químca da Udad Fdal d Campa Gad (UFCG). 7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA FOGLER,.cott Elmto d Eghaa da Raçõ Químca, 3 d. Ro d Jao, LC-Lo écco Ctífco Eoa.A, MANZI, J. ad CARRAZZONI, E. Aaly ad Optmato of a CR by Dct Etopy Mmato, Joual of Chmcal Egg of Japa 4 (2008) MANZI, J., VIANNA, R. ad BIO,. Dct Etopy Mmato Appld to th oducto of opyl Glycol, Chmcal Egg ad ocg 48 (2009) GOME,., BIO,., ILVA, N. ad MANZI, J Aaly of th Moochlooactc Acd Cyallato oc by Etopc Modlg, Chmcal Egg aacto, Vol.32, (203) GOME,., BIO,. ad MANZI, J. O h Rol of Mchacal Wok af Optmato ocdu. ocdg of th 24 th Euopa ympoum o Comput Add oc Egg ECAE 24, 204. IOM, Lghto E. ad I, Doald R. Fômo d apot, Ro d Jao, Eoa Guaabaa.A., 988. VAN NE,.C., MI, J.M. ad ABBO, M.M.- Itodução à modâmca da Eghaa Químca, 7 d. Ro d Jao, Eoa LC, 202. BIRD, R.B., EWAR, W.E. ad LIGFOO, E.N. Fômo d apot, 2d. Ro d Jao, LC, Áa tmátca: mulação, Otmação Cotol d oco 8