Reatores Parr

com Calorimetria de Reação

A Parr integrou os princípios e a prática da calorimetria de reação em nossos sistemas de reatores usando uma técnica conhecida como calorimetria de compensação de energia.
A calorimetria de reação é frequentemente usada para estudar as taxas de reação química e as propriedades térmicas dos sistemas. Nas indústrias de processamento químico, essa técnica é usada para compreender e mitigar riscos, desde o aumento de escala das reações desenvolvidas no laboratório até os reatores em escala industrial. Conforme uma reação é dimensionada do laboratório para a fábrica, podem surgir problemas de escalabilidade por vários motivos. Os problemas costumam ser atribuídos à falta de compreensão da química do processo à incapacidade de remover o calor ou a mudanças no desempenho da mistura durante o aumento de escala. A calorimetria de reação fornece este nível adicional de compreensão do processo.
O principal resultado dos experimentos realizados em um calorímetro de reação é a taxa de produção de calor associada aos processos que ocorrem dentro do reator. O perfil de produção de calor se torna a base para a determinação de uma série de parâmetros operacionais importantes.
Reator Modelo 4540, Vaso de 1,2 L, com alimentação de H2 e líquido, equipado com Calorimetria de Compensação de Energia-min

Reator Modelo 4540, Vaso de 1,2 L, com alimentação de H2 e líquido, equipado com Calorimetria de Compensação de Energia

Os calorímetros de compensação de potência oferecem um método direto e intuitivo para quantificar a potência do processo e calcular a entalpia da reação. Um vaso de reação com uma camisa de circulação é controlado isotermicamente e a camisa é normalmente ajustada para uma temperatura logo abaixo da temperatura de reação desejada. A temperatura do processo é regulada ajustando-se a energia de um aquecedor elétrico localizado dentro do vaso de reação. Este aquecedor elétrico é conhecido como aquecedor de compensação ou de compensação. Conforme a carga de calor do processo muda, a energia elétrica para o aquecedor é automaticamente variada para manter a temperatura de processo desejada. O calor liberado ou absorvido pelo processo é determinado pela diferença entre a energia elétrica inicial e a demanda de energia elétrica no momento da medição. Este método não requer calibração antes ou durante o processo e é frequentemente usado para obter resultados rápidos. Os calorímetros de compensação de energia geralmente atingem o equilíbrio térmico mais rapidamente do que os calorímetros de fluxo de calor ou calorímetros de equilíbrio, tornando-os vantajosos para medir o fluxo de calor de reações de curta duração.

 

Objetivos com a Calorimetria de Reação:

  • Fatores de estudo que influenciam os mecanismos de reação e cinética.
  • Verificação de uma reação em tempo real.
  • Estabelecer a energia de resfriamento necessária para manter as condições de processo seguras e eficazes.

A implementação desse recurso requer três componentes ou subsistemas fundamentais:

  • Um Vaso encamisado com um banho de circulação com temperatura constante.
  • Um aquecedor de compensação ou compensação do tamanho apropriado e configurado, equipado com uma fonte de alimentação regulada.
  • Controlador de Processos 4871 da Parr para controlar e coordenar a operação geral do sistema.

O gráfico a seguir mostra as mudanças de temperatura transitórias resultantes em um reator equipado para realizar calorimetria de energia compensada. O reator encamisado 4547 citado neste experimento tem um volume interno de 1,2 L e estava cheio pela metade com água. Os dados foram registrados em intervalos de um minuto enquanto a polarização do ponto de ajuste foi alternada para 1,5⁰C. O eixo y é a potência do aquecedor (watts).

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