Um conversor secundário de SO2 contém uma camada de catalisador de 50 cm de altura. As partículas de catalisador têm a forma de cilindros equiláteros de 6 mm de diâmetro. A porosidade do leito é de 35%. O gás entra no conversor a 410^circ C e deixa a 600^circ C, com a seguinte composição:
ccccc & $SO3$ & $SO2$ & $O2$ & $N2$ c alimentação (% molar) produto (% molar) 400 lb / hft^2
alimentação
(% molar)
produto
(% molar)
6,6 1,7 10,0 81,7
8,2 0,2 9,3 82,3
A velocidade mássica do gás é de . Calcular a queda de pressão no conversor sabendo-se que a descarga é feita a pressão atmosférica.
(J.M. Coulson e J.F. Richardson, Chemical Engineering, Pergamon Press, vol.2, 2 edição, p.737, 1968; P. Schouby e A. Albjerb, Petro & Química, julho e agosto, p.56, 1978).

Passo 1

Beleza, amigo! O enunciado diz que temos um leito fixo de catalisador (camada de 50 cm de altura) formado por “cilindros equiláteros” de 6 mm de diâmetro, com porosidade ε=35%. Um gás entra a 410 °C e sai a 600 °C, com composições molares dadas. A velocidade mássica superficial é G=400 lb/(h·ft²) e a descarga é à pressão atmosférica.
Conteúdo: mecânica dos fluidos em leitos fixos – vamos usar a equação de Ergun para queda de pressão.
O que vamos precisar:
  1. calcular a densidade média do gás (assumindo gás ideal e propriedades em temperatura média),
  2. obter a velocidade superficial real do gás,
  3. calcular o diâmetro equivalente da partícula cilíndrica,
  4. aplicar a equação de Ergun e multiplicar pela altura do leito.

Passo 2

Calcular a densidade média do gás:
  1. Temperatura média:
Tmédia=410+6002 ^circ!C=505 ^circ!C=505+273=778 Ké
  1. Frações molares médias (entrada+saída)/2:
ySO3&=6,6+8,22%=7,4%,, ySO2=0,95%,, yO2&=9,65%,, yN2=82%,
  1. Peso molecular médio:
bar M =sum yi Mi =0,074cdot80 +0,0095cdot64 +0,0965cdot32 +0,82cdot28 approx32,6 g/mol,
  1. Densidade (gás ideal, P=1 atm):
rho =P,bar MR,T =1,atmtimes32,6 g/mol 0,08206 (L·atm)/(mol·K)times778 K approx0,51 g/L =0,00051 g/cm^3
Convertendo para unidades inglesas (lb/ft³):
rhoapprox0,20 lb/ft^3

Passo 3

Calcular a velocidade superficial real ( G=rho,vs Longrightarrow vs=Grho =400 lb/(h·ft^2)0,20 lb/ft^3 =2000 ft/h approx0,56 ft/s approx0,17 m/s ):

Passo 4

Diâmetro equivalente da partícula cilíndrica (“equilateral” de diâmetro de =4,VA =4,(pi d^3/4)1,5,pi d^2 =d1,5 approx6 mm1,5 =4 mm =0,004 m ):
Volume do cilindro ,
área molhada lateral+ tampas .
Logo,

Passo 5

Equação de Ergun (queda de pressão por metro de leito):
De
Parâmetros:
varepsilon=0,35, muapprox3,5times10^-5,Pacdot s, rho=3,24 kg/m^3, vs=0,17 m/s, de=0,004 m
  1. Termo viscoso:
150,(0,65)^2,(3,5times10^-5),(0,17) (0,35)^3,(0,004)^2 approx540 Pa/m
  1. Termo inercial:
1,75,0,65,(3,24),(0,17)^2 (0,35)^3,(0,004) approx600 Pa/m
Somando:
De

Passo 6

Queda de pressão no leito de De:
570 Patimes1 psi6895 Pa approx0,083 psi
Convertendo para psi:

Resposta

A queda de pressão no conversor é aproximadamente
boxedDe

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