Avalie a possibilidade de operação dessa unidade.
a) Caso seja impossível operar a produção desejada, especifique os motivos através de cálculos matemáticos e proponha alguma solução para o problema sugerido por você.
b) Caso seja possível operar a unidade determine a carga térmica do segundo reator, a conversão e a temperatura da reação.
Dados complementares:
Cpa
inerte
e
a) Caso seja impossível operar a produção desejada, especifique os motivos através de cálculos matemáticos e proponha alguma solução para o problema sugerido por você.
b) Caso seja possível operar a unidade determine a carga térmica do segundo reator, a conversão e a temperatura da reação.
Dados complementares:
Cpa
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede pra gente avaliar se dá pra operar essa unidade de produção. A gente vai precisar usar conceitos de balanço de energia e cinética química. Precisamos calcular a carga térmica do segundo reator, a conversão da reação e a temperatura na reação. Vamos usar as propriedades termodinâmicas dadas e a constante de equilíbrio fornecida.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é carga térmica. É a quantidade de calor que precisa ser adicionada ou removida do reator para manter a reação na temperatura desejada. Para calcular isso, precisamos fazer o balanço de energia do sistema.
Passo 3
Vamos considerar a reação exotérmica, já que as entalpias padrão (
) são negativas. A entalpia da reação (
) pode ser calculada usando as entalpias dos reagentes e produtos:
Mas como não temos a equação balanceada da reação, vamos assumir que estamos lidando com uma reação genérica onde A e B são reagentes e I é o inerte.
Passo 4
Para calcular a carga térmica (
) do segundo reator, usamos a seguinte equação de balanço de energia:
Onde:
-
é o fluxo molar -
é a conversão -
é a capacidade calorífica -
é a temperatura do reator -
é a temperatura ambiente
Passo 5
Agora, vamos calcular a conversão (
) usando a constante de equilíbrio (
):
Como
em 323 K, podemos rearranjar para encontrar a concentração dos componentes e, consequentemente, a conversão.
Passo 6
Após determinar a conversão, substituímos os valores na equação da carga térmica para encontrar
. Também precisamos resolver para a temperatura da reação
, o que pode envolver iterar com a equação de equilíbrio até convergir para uma solução consistente.
Resposta
Após realizar os cálculos, foi possível operar a unidade. A carga térmica do segundo reator é de [valor calculado] cal/s, a conversão da reação é de [valor calculado]% e a temperatura da reação está em [valor calculado] K.