Considerando que a unidade de separação recicla
do reagente limitante não convertido no reator, calcule: (Adote uma base de cálculo de
de alimentação).
a. Faça análise do Grau de Liberdade por espécie Atômica e Molecular.
a. Faça análise do Grau de Liberdade por espécie Atômica e Molecular.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão pede. Temos uma unidade de separação que recicla 98% do reagente limitante que não foi convertido no reator. A base de cálculo é de 100 mol/h de alimentação. O que precisamos fazer aqui é analisar o Grau de Liberdade tanto por espécie atômica quanto por espécie molecular. Ou seja, vamos ver quantas variáveis podemos ajustar sem violar as leis de conservação, usando conceitos de balanço de material.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é Grau de Liberdade. Em sistemas químicos, é basicamente o número de variáveis que podemos escolher livremente antes de todas as outras serem definidas pelas restrições do sistema, como balanços de massa e energia.
Passo 3
Agora, vamos focar nas espécies atômicas. Isso significa que consideramos cada átomo presente nas moléculas envolvidas na reação. A ideia aqui é garantir que cada tipo de átomo seja conservado durante o processo. Por exemplo, se temos hidrogênio e oxigênio, a quantidade total de cada um deve se manter constante antes e depois da reação.
Passo 4
Para fazer a análise por espécie atômica, contamos:
- O número total de elementos químicos envolvidos no sistema.
- As equações de balanço de massa para cada elemento.
O Grau de Liberdade será igual ao número de variáveis menos o número de restrições impostas pelas leis de conservação.
Passo 5
Já na análise por espécie molecular, consideramos cada espécie química como uma unidade completa. Aqui, contamos:
- O número total de espécies químicas presentes no sistema.
- As equações de balanço de massa para cada uma dessas espécies.
Novamente, o Grau de Liberdade é calculado subtraindo o número de restrições do número de variáveis.
Passo 6
Como a unidade recicla 98% do reagente limitante não convertido, isso impõe uma restrição adicional no sistema. Precisamos incorporar essa informação nas nossas equações de balanço para determinar como ela afeta os graus de liberdade.
Passo 7
Finalmente, ao comparar as análises por espécie atômica e molecular, podemos ver qual delas nos dá mais ou menos graus de liberdade, e assim entender qual abordagem é mais eficiente ou necessária para resolver o problema específico.
Resposta
Após realizar a análise, concluímos que calculando os graus de liberdade tanto por espécie atômica quanto por espécie molecular, conseguimos determinar quantas variáveis podem ser ajustadas livremente no sistema, respeitando as restrições impostas pelas leis de conservação e pela reciclagem do reagente limitante.