Esercitazione 9 Testo

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ESERCITAZIONI DI CHIMICA INDUSTRIALE ESERCITAZIONE 9 – Ossidazione di Metanolo in regime di Mass Transfer Interno Al fine di dimensionare un reattore tubolare industriale per la sintesi della formaldeide mediante catalizzatore al molibdeno ( 𝜌𝜌𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐= 2 𝑔𝑔/𝑐𝑐𝑚𝑚3), è stata avviata una campagna sperimentale per valutare i parametri cinetici del processo che si svolge secondo la reazione principale: 𝐶𝐶𝐻𝐻3𝑂𝑂𝐻𝐻+ 0. 5 𝑂𝑂2 → 𝐶𝐶𝐻𝐻2𝑂𝑂+ 𝐻𝐻2𝑂𝑂 Sapendo che: • la sintesi della formaldeide avviene secondo un meccanismo redox con le seguenti semi - reazioni di riduzione del catalizzatore (1) e ossidazione del catalizzatore (2): (1) 𝐶𝐶𝐻𝐻3𝑂𝑂𝐻𝐻+ 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑂𝑂3 → 𝐶𝐶𝐻𝐻2𝑂𝑂+ 𝐻𝐻2𝑂𝑂+ 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑂𝑂2 (2) 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑂𝑂2 + 0.5𝑂𝑂2 → 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑂𝑂3 • le espressioni cinetiche delle due semi-reazioni sono: 𝑟𝑟1 = 𝑘𝑘1𝑝𝑝𝐶𝐶𝐻𝐻3𝑂𝑂𝐻𝐻𝜎𝜎 𝑟𝑟2 = 𝑘𝑘2𝑝𝑝𝑂𝑂2 0.5(1 − 𝜎𝜎) dove le due costanti cinetiche k1 e k2 si possono esprimere mediante legge di Arrhenius e 𝜎𝜎 è la frazione di siti ossidati del catalizzatore (siti 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑂𝑂3) • i parametri cinetici della costante di reazione 𝑘𝑘2 sono i seguenti: fattore pre-esponenziale = 2.85 ∙ 105 � 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ℎ 𝑔𝑔𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑚𝑚0.5�, energia di attivazione = 66.14 � 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚� • il reattore tubolare lab-scale viene operato in modalità differenziale con un rapporto (F/W) di 0.2 [mol CH3OH/h/gcat] tra portata molare entrante di metanolo e massa di catalizzatore caricata • sono state effettuate prove di sintesi di formaldeide a 1 atm in regime chimico con differenti concentrazioni iniziali di metanolo e concentrazione fissata di O2 pari a 0.17 [v/v] nel range di temperatura 205-235 °C: la conversione di metanolo misurata è riportata in Tabella 1 Tabella 1: conversione di CH3OH in prove a concentrazione di CH3OH variabile con pellet sferici da 1mm di diametro xCH3OH [v/v] 𝝌𝝌𝑪𝑪𝑯𝑯𝟑𝟑𝑶𝑶𝑯𝑯 [-] @ 205°C 𝝌𝝌𝑪𝑪𝑯𝑯𝟑𝟑𝑶𝑶𝑯𝑯 [-] @…