Reactores Heterogéneos e Catálise

Mestrado em Tecnologia Química
6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 30,0 T + 16,0 PL + 14,0 TP

Docente(s)
- José Manuel Quelhas Antunes

Pré-requisitos
Conhecimentos de cinética química, reactores químicos ideais, termodinâmica e fenómenos de transporte.

Objetivos
Depois de concluída a unidade curricular os alunos deverão ser capazes de analisar e prever o comportamento de reactores reais e de modelar e optimizar reactores catalíticos de leito fixo.

Programa
1. Introdução. Revisão breve sobre cinética química e reactores químicos homogéneos ideais.
2. Teoria da distribuição de tempos de residência.
2.1. Introdução. Pressupostos e conceitos fundamentais
2.2. Distribuição de tempos de residência, de idades internas, de idades residuais e função intensidade
2.3. Metodologia empregue na medição de DTR
2.4. Diagnóstico de anomalias com recurso à DTR.
2.5. Modelos de escoamento não-ideal: Modelo dos reactores em Cascata; Modelo pistão dispersivo
2.6. DTR, mistura e reacção química ? Segregação total e Mistura máxima.
3. Processos Catalíticos.
3.1. Catálise: homogénea e heterogénea. Reacções catalíticas heterogéneas.
3.2. Desactivação de catalisadores. Técnicas de prevenção. Regeneração.
3.3. Partículas de Catalisador: Geometrias; Difusão interna, difusão externa e reacção química; Equações de balanço; Parâmetros de modelo.
4. Reactores Catalíticos de Leito Fixo.
4.1. Modelos Pseudo-Homogéneos: Equações de balanço; Parâmetros de modelo.
4.2. Modelos Heterogéneos: Equações de balanço; Parâmetros de modelo.
4.3. Modelos matemáticos. Métodos numéricos. Simulação.
5. Reactores Catalíticos de Leito Fluidizado.
5.1. Conceitos básicos. Cracking catalítico. Perspectiva histórica.
5.2. Processo do leito fluidizado.
5.3. Dimensionamento e modelação.
Nas aulas práticas laboratoriais serão realizados trabalhos experimentais relacionados com a operação de reactores reais recorrendo a reactores à escala laboratorial, para aplicação da teoria da distribuição de tempos de residência: 1. Determinação da distribuição de tempos de residência (DTR) num CSTR usando o estímulo impulso; 2. Determinação da DTR num CSTR usando o estímulo degrau;3. Determinação da DTR num reator tubular usando o estímulo impulso; 4. Determinação da DTR num reator tubular usando o estímulo degrau e com a operação de reatores heterogéneos à escala piloto: 5. Estudo e análise de um reator heterogéneo de produção de pasta. Os alunos realizam ainda um trabalho de índole computacional relacionada com a resolução de modelos de reatores catalíticos de leito fixo.

Metodologia de avaliação
Prova escrita . 30%, trabalho computacional - 35%, e trabalhos práticos - 35%

Bibliografia
- Fogler, H. (1986). Elements of Chemical Reaction Engineering. New Jersey: Prentice-Hall
- Levenspiel, O. (1999). Chemical Reaction Engineering. New York: John Wiley

Método de interação
Aulas teóricas em que se expõem os conceitos relativos à disciplina e aulas práticas em que são realizados alguns trabalhos práticos e propostos exercícios de aplicação.

Software utilizado nas aulas
Próprio da instalação de demonstração de reatores.