Engenharia de reação química
A Engenharia de Reação Química ou Engenharia Química é um subcampo da Engenharia de Processos ou Engenharia Química .
A tarefa principal é o projeto das seguintes propriedades de reatores químicos :
- o modo de operação ( contínuo , descontínuo )
- o tipo, tamanho e material
- as condições de operação (pressão, temperatura, concentração, catalisadores, pureza do material de partida).
Antes que a produção comece em maior escala, a implementação é testada primeiro em um laboratório menor ou em plantas piloto . O exame requer conhecimento básico das reações químicas utilizadas nos reatores .
É necessário que o equilíbrio do material seja claramente esclarecido pela estequiometria . Além da reação química principal, as alterações na pressão ou temperatura também podem resultar em subprodutos de reações colaterais, como reações paralelas e subsequentes ( rede de reações ). É importante estar ciente dessas reações colaterais.
O balanço de energia também é importante . Enquanto o calor no vaso de reação desempenha um papel bastante subordinado nas reações em escala de laboratório , em grandes reatores a quantidade de calor fornecida ou emitida por uma reação química não pode mais ser negligenciada. A termodinâmica química fornece a base para cálculos de calor .
O terceiro fator importante é o equilíbrio de tempo de uma reação química. Aqui, a cinética química , ou seja, H. a taxa de reação alterada com relação à temperatura e concentração desempenha um papel importante. Por exemplo, o volume de produção diário de um produto químico em um sistema de tamanho apropriado pode ser calculado usando o equilíbrio de tempo.
O objetivo é determinar o projeto de reator ideal, pelo qual, além dos custos operacionais e de investimento mais baixos possíveis , em particular os custos de matérias-primas e energia, as condições de contorno, como questões de segurança ou os efeitos dos subprodutos nas etapas subsequentes do processo, devem ser levados em consideração.
Os custos operacionais são essencialmente determinados pela necessidade de energia (balanço térmico do reator) e a saída de produto específica que pode ser alcançada no reator . Se considerarmos apenas o lado material da otimização, também se pode postular que a maior produção possível de produto específico deve ser obtida no reator - isso é sinônimo de um espaço-tempo mínimo . A otimização do desempenho específico do produto é fundamentalmente caracterizada pelas propriedades da reação química e pode ser alcançada com os meios de controle de concentração e controle de fluxo de material e, claro, indiretamente também controle de temperatura .
Os investimentos dependem - além do aspecto econômico - muito do volume do reator e da complexidade dos equipamentos. Com a otimização do desempenho específico do produto , entretanto, uma minimização do volume do reator é automaticamente vinculada ( espaço-tempo minimizado ). Para resolver as tarefas apresentadas, o engenheiro de reação deve aplicar conhecimentos nas seguintes áreas:
- Cinética de reações químicas e especialmente a cinética de reações mais complexas (redes de reação), bem como conhecimentos fundamentais dos mecanismos de reação .
- Catálise química , catálise homogênea e heterogênea ( micro e macrocinética de reações catalíticas heterogêneas). Cerca de 80% das reações realizadas na indústria química são catalíticas.
- Tipos básicos de reatores químicos, reatores ideais , circuitos de reatores ideais
- Micro e macro mistura no aparato de reação, tempo de residência , comportamento real
- Otimização do desempenho do produto específico através da gestão da concentração: otimização orientada para vendas, gestão adaptada da concentração; Controle de fluxo de material em reações heterogêneas
- Balanço térmico do reator reatores adiabáticos, reatores isotérmicos, reatores politrópicos, modo de operação autotérmico. Acoplamento de substância e equilíbrio térmico.
Este é também o conteúdo da disciplina de Engenharia de Reações Químicas em Química Técnica.
literatura
- J. Hagen: Engenharia de reação química, uma introdução com exercícios. VCH-Verlag, Weinheim 1992.
- A. Löwe: Engenharia de reação química com MATLAB e SIMULINK. Wiley-VCH, Weinheim, ISBN 3-527-30268-9 .
- K. Dialer, U. Onken, K. Leschonsky: Características básicas de engenharia de processo e engenharia de reação. Hanser-Verlag, Munique 1984.
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- K.-H. Reichert: Noções básicas de química técnica I - tecnologia de reação -, notas de aula no Instituto de Química Técnica da TU Berlin. Editado por Dipl. Chem. H.-U. Moritz. 1982.
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- M. Baerns, H. Hofmann, A. Renken: Engenharia de reação química. 2ª Edição. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1987.