Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD 5745 – PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS I REATORES E BALANÇO DE MASSA Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

REATORES E BALANÇO DE MASSA Introdução Definição Reatores Ideais Reatores em batelada (Batch e semi batch reactor) Reatores de Mistura Completa Reator Pistonado Ideal

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água Final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Polímero Flúor

REATORES E BALANÇO DE MASSA

REATORES E BALANÇO DE MASSA

REATORES E BALANÇO DE MASSA

REATORES E BALANÇO DE MASSA

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL Grade Caixa de areia Decantador Primário Tanque de Aeração Secundário Adensamento Digestão Secagem Lodo “Seco” Rio

REATORES E BALANÇO DE MASSA ETE Barueri

REATORES E BALANÇO DE MASSA

REATORES E BALANÇO DE MASSA

REATORES E BALANÇO DE MASSA

REATORES E BALANÇO DE MASSA Definição de reator: Espaço físico delimitado, onde processos físicos, químicos ou biológicos são conduzidos em condições controladas, visando atingir um propósito definido

REATORES E BALANÇO DE MASSA Transporte de massa Saída Entrada Transporte de massa A+BC+D Sistemas de engenharia Sistemas naturais O objetivo é estabelecer as bases para o seu projeto com objetivos definidos O objetivo é a sua descrição e antecipar mudanças ambientais em função de diferentes inputs

REATORES E BALANÇO DE MASSA REATORES IDEAIS Reatores em batelada (Batch e Semi Batch Reactor) Reatores de mistura completa (CFSTR) Reator pistonado ideal (PFR)

REATORES E BALANÇO DE MASSA REATORES IDEAIS Reatores em batelada (Batch e Semi Batch Reactor) Reatores de mistura completa (CFSTR) Reator pistonado ideal (PFR)

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Q(t), Ce(t) V0 V(t)

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA Tanques de aeração (ETEs) Reator Semi Batelada e Batelada !!!

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Característica Principal Q(t), Ce(t) V0 V(t) Equacionamento Balanço de massa da fase líquida Balanço de massa do constituinte C

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa da fase líquida Q(t), Ce(t) V0 V(t)

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa da fase líquida Q(t), Ce(t) V0 V(t)

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa do elemento C Q(t), Ce(t) V0 V(t) Cinética Química !!!!

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa do elemento C Q(t), Ce(t) V0 V(t)

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa do elemento C Q(t), Ce(t) V0 V(t) Elemento conservativo !!! Primeira Ordem !!!

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa do elemento C Q(t), Ce(t) V0 V(t) Caso mais comum !!! Volume constante

REATORES EM BATELADA BATCH E SEMI BATCH REACTOR Balanço de massa do elemento C Q(t), Ce(t) V0 V(t) Cinética de primeira ordem !!!

REATORES EM BATELADA COMPORTAMENTO MATEMÁTICO

REATORES EM BATELADA COMPORTAMENTO MATEMÁTICO

REATORES EM BATELADA COMPORTAMENTO MATEMÁTICO

REATORES E BALANÇO DE MASSA REATORES IDEAIS Reatores em batelada (Batch e Semi Batch Reactor) Reatores de mistura completa (CFSTR) Reator pistonado ideal (PFR)

REATORES DE MISTURA COMPLETA Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA ETE Barueri

REATORES E BALANÇO DE MASSA Tanques de aeração em ETEs Reator de Mistura Completa !!!

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA Digestores primários em ETEs Reator de Mistura Completa !!! ETE ABC

REATORES E BALANÇO DE MASSA Sistemas de floculação mecanizados Reator de Mistura Completa !!!

REATORES E BALANÇO DE MASSA Reatores biológicos aeróbios em ETEs Reator de Mistura Completa !!!

REATORES DE MISTURA COMPLETA Característica Principal Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t) Equacionamento Balanço de massa da fase líquida Balanço de massa do constituinte C

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa da fase líquida Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa da fase líquida Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa da fase líquida Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t) Simplificaçao: Vazão de entrada igual a vazão de saída

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa do elemento C Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t) Cinética Química !!!!

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa do elemento C Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa do elemento C Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa do elemento C Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

REATORES DE MISTURA COMPLETA Balanço de massa do elemento C Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t) Ordem Zero Primeira Ordem

REATORES DE MISTURA COMPLETA COMPORTAMENTO MATEMÁTICO

REATORES DE MISTURA COMPLETA COMPORTAMENTO MATEMÁTICO

REATORES DE MISTURA COMPLETA COMPORTAMENTO MATEMÁTICO

REATORES E BALANÇO DE MASSA REATORES IDEAIS Reatores em batelada (Batch e Semi Batch Reactor) Reatores de mistura completa (CFSTR) Reator pistonado ideal (PFR)

REATOR PISTONADO IDEAL dx dy dz Q,C0 Q,C

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA Decantadores convencionais Reator Pistonado Ideal !!!

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA Decantadores convencionais Reator Pistonado Ideal !!!

REATORES E BALANÇO DE MASSA Sistemas de floculação hidráulicos Reator Pistonado Ideal !!!

REATORES E BALANÇO DE MASSA Sistemas de floculação hidráulicos Reator Pistonado Ideal !!!

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA Tanques de contato (Desinfecção) Reator Pistonado Ideal !!!

SISTEMAS NATURAIS E DE ENGENHARIA Tanques de contato (Desinfecção) Reator Pistonado Ideal !!!

REATOR PISTONADO IDEAL Característica Principal L dx dy dz Q,C0 Q,C Equacionamento Balanço de massa da fase líquida Balanço de massa do constituinte C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa da fase líquida L dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa da fase líquida L dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa da fase líquida L dx dy dz Q,C0 Q,C Simplificaçao: Vazão de entrada igual a vazão de saída

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa do elemento C L dx dy dz Q,C0 Q,C Cinética Química !!!!

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa do elemento C L dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa do elemento C L dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa do elemento C L dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa do elemento C L dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL Balanço de massa do elemento C L dx dy dz Q,C0 Q,C Ordem Zero Primeira Ordem Segunda Ordem

REATOR PISTONADO IDEAL COMPORTAMENTO MATEMÁTICO dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL COMPORTAMENTO MATEMÁTICO dx dy dz Q,C0 Q,C

REATOR PISTONADO IDEAL COMPORTAMENTO MATEMÁTICO dx dy dz Q,C0 Q,C

REATORES E BALANÇO DE MASSA EQUAÇÕES BÁSICAS Batelada CFSTR PFR

REATORES E BALANÇO DE MASSA EQUAÇÕES BÁSICAS Projeto: Conhece-se C0 e define-se C Calcula-se o volume do reator Operação: Conhece-se C0 e o volume Calcula-se a concentração efluente

REATORES E BALANÇO DE MASSA COMPARAÇÃO ENTRE OS REATORES – ORDEM ZERO

REATORES E BALANÇO DE MASSA COMPARAÇÃO ENTRE OS REATORES – PRIMEIRA ORDEM

REATORES E BALANÇO DE MASSA COMPARAÇÃO ENTRE OS REATORES – SEGUNDA ORDEM

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS Q,A0,B0 V Q,A,B A,B

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS k1 Q,A0,B0 V Q,A,B A,B k2

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS Q,A0,B0 V Q,A,B A,B k1 k2

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS Q,A0,B0 V Q,A,B A,B k1 k2

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS Q,A0,B0 V Q,A,B A,B

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS Q,A0,B0 V Q,A,B A,B

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS

REATORES E BALANÇO DE MASSA ESTUDO DE CASO REAÇÕES REVERSÍVEIS

Muito Obrigado !!!