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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32383| Título: | Análise da influência de parâmetros adimensionais no modelo matemático de um reator tubular com perfil plano de velocidade |
| Título(s) alternativo(s): | Analyses of the influence of dimensionless parameters on the mathematical model of a tubular reactor with flat velocity profile |
| Autor(es): | Berto, Carlos André Moreira Dal |
| Orientador(es): | Steffen, Vilmar |
| Palavras-chave: | Reatores químicos Métodos de simulação Python (Linguagem de programação de computador) Chemical reactors Simulation methods Python (Computer program language) |
| Data do documento: | 26-Jun-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Francisco Beltrao |
| Citação: | BERTO, Carlos André Moreira Dal. Análise da influência de parâmetros adimensionais no modelo matemático de um reator tubular com perfil plano de velocidade. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2023. |
| Resumo: | Reatores Tubulares (PFR) são comumente utilizados na indústria para processamento de reações em fase gasosa, contudo, também é possível fazer sua utilização em processos executados em fase líquida. Para assegurar que sua aplicação seja efetiva, é necessário dimensioná-lo adequadamente, bem como validar se os parâmetros de operação estão adequados para aquilo que ele se propõe. Uma forma de testar seu comportamento em operação é a simulação de processos, que consiste em entender os estímulos causados no reator através da análise dos seus balanços de massa e energia. O objetivo deste trabalho é desenvolver os balanços de massa e energia adimensionais e analisar o efeito da variação de seus parâmetros sobre o comportamento do reator. Desenvolveu-se tais balanços considerando regime transiente, fluxo pistonado, sistema isobárico, reação reversível em fase líquida, propriedades físicas constantes, com a obtenção de sua EDP, foi possível adimensionaliza-lo, resumindo a análise para seis. Para resolver a equação utilizou-se método das linhas, resolvido utilizando Python para gerar seus gráficos. Para cada gráfico gerado, coletou-se a informação da concentração adimensional e tempo adimensional. O primeiro parâmetro, 1Pei, mostrou que a conversão de reagentes em produto é maior quando a ordem de grandeza da difusão é maior que o produto da velocidade pelo comprimento. P2, que à medida que a velocidade de reação é maior, maior a formação de produtos até atingir o equilíbrio. P3, que quanto maior é a entalpia de reação maior é a formação de produtos, mas também há um aumento significativo da temperatura. P4, que a existe uma região de operação que o processo permanece estável, se seus valores forem muito maiores ou muito menores que a região ótima, a reversibilidade da reação fica em evidência com a formação de reagentes no lugar de produtos. P5, a troca térmica com o ambiente é benéfica para o processo, e quando atinge um valor máximo, a troca cessa. P6, valores muito pequenos de energia de ativação podem favorecer o processo, uma vez que a existe uma organização maior das moléculas. |
| Abstract: | Tubular reactors (PFR), commonly used in the industry for gas-phase reactions, can also be utilized for liquid-phase processes. To ensure effective application, proper sizing of the reactor is necessary, along with validation of the operating parameters for the intended purpose. One way to test its performance is through process simulation, which involves analyzing mass and energy balances to understand the stimuli occurring within the reactor. The objective of this work is to develop dimensionless mass and energy balances and to analyze the effect of varying their parameters on the behavior of the reactor. These balances were developed considering transient regime, piston flow, isobaric system, reversible liquid-phase reaction, constant physical properties. By obtaining its PDE (Partial Differential Equation), the reactor was dimensionless, summarizing the analysis into six parameters. The equation was solved using the method of lines, implemented in Python to generate the corresponding graphs. For each generated graph, information on the dimensionless concentration and dimensionless time was collected. The first parameter, 1 Pe i, demonstrated that the conversion of reactants to products is higher when the diffusion magnitude is greater than the product of the velocity and length. P2 indicated that as the reaction rate increases, the formation of products also increases until reaching equilibrium. P3 revealed that higher enthalpy of reaction leads to increased product formation, but there is also a significant temperature rise. P4 showed that there is an operating region where the process remains stable; if the values deviate too much from the optimal region, the reversibility of the reaction becomes evident with the formation of reactants instead of products. P5 indicated that thermal exchange with the environment benefits the process, but once it reaches a maximum value, the exchange ceases. P6 suggested that very low activation energy values can favor the process, as there is a higher organization of molecules. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32383 |
| Aparece nas coleções: | FB - Engenharia Química |
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