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Modelagem e Simulação de Processos em Engenharia Química: Maximização de Produção de B, Provas de Engenharia Química

Neste documento, encontram-se problemas relacionados à modelagem e simulação de processos em engenharia química, especificamente no contexto da maximização da produção de um composto químico denominado b. Os problemas apresentam reações hipotéticas, balanços molares e energéticos, e soluções para determinar o volume de reator que maximiza a concentração de b e a temperatura observada na corrente de saída. Além disso, há problemas relacionados à obtenção da forma canônica das equações, modelagem em regime transiente e determinação do tempo necessário para alcançar o estado estacionário.

Tipologia: Provas

2013

Compartilhado em 03/07/2013

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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE
Curso de Engenharia Química
Disciplina: Modelagem e Simulação de Processos Código: 9124
Professor: Erlon Mendes Período: 2012-2
Aluno (a): Data: / /
PRIMEIRA AVALIAÇÃO
1. Considere as seguintes reações hipotéticas:
ocorrem em um reator tubular encamisado em fase gasosa. O reagente A puro entra no reator
a temperatura de T0 = 800 K e pressão de P0 = 150 kPa. A temperatura do gás externo do
trocador de calor é constante a Ta = 1200 K. Outros dados são os seguintes:
Vazão volumétrica de entrada: F 0
6 E0 = 0,002 m3/s
Coeficiente global de transferência de calor: U = 150 W/m2.K
Área de troca térmica: a = 200 m2/m3 de reator
Constantes das taxas de reação:
Calor global de reação:
Capacidade calorífica de A:
Capacidade calorífica de B:
Capacidade calorífica de C:
Capacidade calorífica de D:
Vazão molar de entrada: , pois A entra puro.
Balanços molares:
Balanço de energia:
As condições iniciais já foram descritas no enunciado. Modele até um volume de reator onde
seja possível investigar a maximização do produto B.
(a) Qual é o volume de reator que maximiza a concentração de B produzida? (b) Qual será a
temperatura observada na corrente de saída, caso o reator seja perfeitamente dimensionado
para maximizar o produto B.
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UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE

Curso de Engenharia Química Disciplina: Modelagem e Simulação de Processos Código: 9124 Professor: Erlon Mendes Período: 2012- Aluno (a): Data: / /

PRIMEIRA AVALIAÇÃO

  1. Considere as seguintes reações hipotéticas:

ocorrem em um reator tubular encamisado em fase gasosa. O reagente A puro entra no reator a temperatura de T 0 = 800 K e pressão de P 0 = 150 kPa. A temperatura do gás externo do trocador de calor é constante a Ta = 1200 K. Outros dados são os seguintes: Vazão volumétrica de entrada: F 06 E 0 = 0,002 m^3 /s Coeficiente global de transferência de calor: U = 150 W/m 2 .K Área de troca térmica: a = 200 m^2 /m 3 de reator Constantes das taxas de reação:

Calor global de reação:

Capacidade calorífica de A: Capacidade calorífica de B: Capacidade calorífica de C: Capacidade calorífica de D:

Vazão molar de entrada: , pois A entra puro.

Balanços molares:

Balanço de energia:

As condições iniciais já foram descritas no enunciado. Modele até um volume de reator onde seja possível investigar a maximização do produto B. (a) Qual é o volume de reator que maximiza a concentração de B produzida? (b) Qual será a temperatura observada na corrente de saída, caso o reator seja perfeitamente dimensionado para maximizar o produto B.

V = 2,697x10-4m 3

T = 836 K

Correção:

Balanços molares:

Balanço de energia:

V = 2,697x10-4m 3

T = 837.2 K

  1. Consideres a mistura de dois reagentes cujos balanços molares são descritos abaixo:

Dados: D = 1 m^2 /s u = 0,5 m/s k 1 = 5 s- CC1: CA = C (^) B = 1 mol/L em x = 0 CC2: em x = ∞ (a) Obtenha a forma canônica das equações. (b) Modele a distância necessária para que a curva de C (^) A toque o zero e determine qual será a concentração de B neste ponto.

C (^) B = 2 mol/L

  1. Considere o modelo anterior ocorrendo em regime transiente, com condição inicial zero para ambas as espécies. (a) Reescreva as equações dos balanços para essa nova condição. Modele a mesma distância obtida no exemplo anterior e o tempo necessário para que o estado estacionário seja alcançado, construindo os gráficos de C (^) A (x,t) e C (^) B(x,t). Caso não saiba resolver as duas equações simultaneamente, faça apenas C (^) A (x,t). (b) Qual foi o tempo necessário para que o estado estacionário fosse alcançado? (c) Qual será C (^) A (e C (^) B, para quem conseguir) na metade da distância modelada e na metade do tempo modelado?

C (^) A = 0,041 mol/L e C (^) B = 0,3358 mol/L. Busca pelo estado estacionário baseada apenas na espécie A.

C (^) A = 0,0483 mol/L e C (^) B = 1,9 mol/L. Estado estacionário real.