Engenharia das Reações

Conhecimentos sólidos de Análise Matemática, Transferência de Massa e Reatores.

Aulas de apresentação de conteúdos teóricos e exemplos de aplicação no âmbito da Engenharia Química e Biológica, complementadas com aulas teórico-práticas para a resolução de problemas.

Pretende-se que os alunos que frequentam esta unidade curricular possam:

• aplicar os conhecimentos resultantes do estudo dos fenómenos de transporte e dos reatores químicos e biológicos realizado no 1º ciclo;
• complementar o estudo da transferência de massa;
• aprender os conceitos e o tratamento matemático da transferência de massa no interior e exterior de partículas de catalisador onde ocorre reação química;
• determinar a etapa dominante num processo catalítico, reação química ou transferência de massa (interna ou externa);

e simultaneamente desenvolver a capacidade para:

• identificar, formular e resolver problemas de engenharia;
• aprofundar e integrar os conhecimentos adquiridos através da pesquisa orientada para a resolução de um problema;
• promover a aprendizagem autónoma ao longo da vida.

CAP I – COMPLEMENTOS DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA

Tratamento mais geral do problema da difusão (difusão de um soluto num fluido em movimento – lei de Fick generalizada): noção de velocidade média da mistura; difusão através de um componente estagnado e contradifusão equimolar

Equação geral para a difusão de massa: coordenadas retangulares, coordenadas cilíndricas e coordenadas esféricas

Condições fronteira e inicial

CAP II – CATÁLISE HETEROGÉNEA

Reações catalisadas por sólidos

Isotérmicas de adsorção: isotérmica de Langmuir; isotérmica de Temkin e isotérmica de Freundlich

Tipos de catalisadores; propriedades dos catalisadores; catalisadores mássicos e suportados

Tipos de reatores catalíticos

Difusão e reação num catalisador

Limitações difusionais externas à transferência de massa

Influência das limitações difusionais externas à transferência de massa na ordem da reação

Influência das limitações difusionais externas à transferência de massa na energia de ativação da reação

Processo reacional limitado pela difusão externa em reatores de leito fixo (PBR)

Limitações difusionais internas à transferência de massa: módulo de Thiele; controlo difusional e controlo químico; o fator de eficiência; efeito da geometria do catalisador no fator de eficiência

Como identificar a presença de limitações difusionais internas? Efeito do tamanho das partículas de catalisador; critério de Weisz-Prater

Influência das limitações difusionais internas à transferência de massa na cinética da reação (ordem e energia de ativação)

Limitações difusionais externas e internas à transferência de massa: reação química de primeira ordem numa partícula esférica isotérmica de catalisador; processo reacional em reatores de leito fixo (PBR)

NAO

Hines, A. L. & Maddox, R. N. (1985). Mass transfer – Fundamental and Applications. Prentice-Hall, New Jersey, USA.

Levenspiel O. (1999). Chemical Reaction Engineering (3^rd ed.). John Wiley and Sons, Inc., USA.

Fogler, H. S. (2006). Elements of Chemical Reaction Engineering (4^th ed.). Prentice-Hall, Pearson Education Inc., USA.

Figueiredo, J. L. & Ramôa Ribeiro, F.(2007). Catálise Heterogénea (2ª ed.). Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Portugal.

Lemos, F., Madeira Lopes, J. & Ramôa Ribeiro, F. (2002). Reactores Químicos. Colecção Ensino da Ciência e Tecnologia, IST Press.