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ZEÓLITA FAUJASITA. VELOCIDADE DE REAÇÃO A PARTIR DA FREQUÊNCIA Reação de síntese de Fischer-Tropsch CO + H 2 CH 4 + H 2 O Catalisador comercial de 0,5%

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1 ZEÓLITA FAUJASITA

2

3 VELOCIDADE DE REAÇÃO A PARTIR DA FREQUÊNCIA Reação de síntese de Fischer-Tropsch CO + H 2 CH 4 + H 2 O Catalisador comercial de 0,5% Ru / Alumina. Dispersão de átomos de Ru expostos : 49% (quimissorção de hidrogênio) Freqüência de reação para o metano : 0,044 s -1 (número de átomos/moléculas reagindo por sítio e por segundo) a P = 988 kPa e T = 475 K Qual a velocidade de formação de metano em mol/s.g cat ?

4 - r A = N CH4. D. ( 1/MW Ru ). ( %Ru/100 ) N CH4 = 0,044 moléculas/(átomo exposto de Ru). s x 1 mol metano/6,02x10 23 molec. D = 0,49 átomos expostos/num. total de átomos de Ru x 6,02x10 23 átomos de Ru/mol Ru MW Ru = 101,1 g/mol Ru %Ru/100 = 0,005 g Ru/g cat - r A = 1,07 x mol/s.g cat

5 FREQUÊNCIA DE REAÇÃO

6 ALGORÍTMO PARA PROJETO DE REATOR HETEROGÊNEO Coleta de dados em Reatores de laboratório Obtenção lei de velocidade Definição de mecanismo e etapa limitante reação Estimação Parâmetros da lei de velocidade Projeto reator

7 ADSORÇÃO Representação de uma espécie adsorvida na superfície do catalisador A + S A.S S = sítio

8 ADSORÇÃO C t (mol/g cat ) = conc. molar total de sítios ativos = número de sítios ativos/massa cat. /Número de AvogadRo C v = conc. molar de sítios vazios = número de sítios vazios/ massa cat. /Número de AvogadRo P i = pressão parcial da espécie i na fase gasosa, atm C i.s = conc. De sítios na superfície ocupados pela espécie i, mol/g cat

9 ADSORÇÃO Se espécies A e B C t = C v + C A.S + C B.S BALANÇO DE SÍTIOS A B

10 ADSORÇÃO Adsorção molecular ou associativa ou não- dissociativa CO + S CO.S C O Ex: -Ni-Ni-Ni-

11 ADSORÇÃO Adsorção dissociativa CO + 2S C.S + O.S C O Ex: -Fe-Fe-Fe-

12 ADSORÇÃO CO + S CO.S Isoterma de Langmuir v d = k Ad P CO C V V r = k -ad C CO.S r AD = k Ad P CO C V - k -ad C CO.S

13 ADSORÇÃO Chamando K Ad = k Ad / k -Ad constante de equilíbrio de adsorção r Ad = k Ad (P CO C V - C CO.S / K Ad )

14 ADSORÇÃO k Ad independente da temperatura k -Ad aumenta exponencialmente com a T Logo: K Ad diminui exponencialmente com a T

15 ADSORÇÃO Balanço de sítios C t = C V + C CO.S No equilíbrio: r Ad = 0 C CO.S = K Ad P CO C V = K Ad P CO (C t - C CO.S ) C CO.S (1 + K Ad P CO ) = K Ad P CO C t C CO.S = K Ad P CO C t / 1 + K Ad P CO

16 ADSORÇÃO P CO C co.s Isoterma de Langmuir

17 AJUSTE À LANGMUIR P co / C CO.S P co P CO / C CO.S = 1/K Ad C t + P CO /C t

18 ADSORÇÃO DISSOCIATIVA CO + 2S C.S + O.S A probalidade de dois sítios vazios adjacentes um ao outro é proporcional ao quadrado da concentração de sítios vazios V d = k Ad P co C v 2 Vr = k -Ad C O.S C C.S r Ad = k Ad P co C v 2 - k -Ad C O.S C C.S

19 ADSORÇÃO Chamando K Ad = k Ad / k -Ad constante de equilíbrio de adsorção r Ad = k Ad (P CO C V 2 - C C.S C O.S / K Ad )

20 ADSORÇÃO No equilíbrio: r Ad = 0 k Ad P CO C V 2 = k -Ad C C.S C O.S Para C C.S = C O.S C O.S = ( K Ad P CO ) 1/2 C V

21 ADSORÇÃO Balanço de sítios: C t = C V + C C.S + C O.S C V = C t - C C.S - C O.S C V = C t - 2C O.S

22 ADSORÇÃO Isoterma de Langmuir C O.S = ( K Ad P CO ) 1/2 C t / 1 + 2(( K Ad P CO ) 1/2 Linearizando: (P CO ) 1/2 / C O.S = 1/ C t (K Ad ) 1/2 + 2(P CO ) 1/2 /C t

23 ADSORÇÃO (P CO ) 1/2 / C O.S (P CO ) 1/2

24 Reação na superfície sítio único A.S B.S Reação elementar r s = k s ( C A.S - C B.S /K s ) K s = k s /k -s

25 Reação na superfície sítio duplo A.S + S B.S + S r s = k s ( C A.S C v – C B.S C v /K s )

26 Reação na superfície A.S + B.S C.S + D.S r s = k s ( C A.S C B.S – C C.S C D.S /K s )

27 Reação na superfície A.S + B.S C.S + D.S r s = k s ( C A.S C B.S – C C.S C D.S /K s ) Cinética de Langmuir-Hinshelwood

28 Reação na superfície A.S + B(g) C.S + D(g) r s = k s ( C A.S P B – C C.S P D /K s ) Mecanismo de Eley-Rideal

29 Dessorção C.S C + S r D = k D ( C C.S - P C C v /K D )


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