Considere um PFR no qual se processa a reação A(g) 2 B(g)+3 C(g, L), em um ambiente isotérmico e isobárico. A alimentação consiste de 20 L / h de A. A constante de velocidade de reação é k=0,5 h^-1. A espécie C sofre mudança de fase (gás para líquido) e a conversão de condensação é igual a 0,7 .
a) Construa a tabela estequiométrica completa.
b) A vazão volumétrica antes da condensação aumenta ou diminui? Explique. Resp. Aumenta
c) E depois da condensação, a vazão volumétrica aumenta ou diminui? Explique. Resp. Aumenta
d) Se o reator possui 306,3 L de capacidade, qual é a porcentagem deste que se encontra subutilizada? Resp. 100 * V2/VT=58%
e) Calcule a conversão na saída do reator. Resp. X=0,88

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos um reator de fluxo contínuo (PFR) onde ocorre a reação A(g) 2 B(g) + 3 C(g, L). Vamos trabalhar em condições de temperatura e pressão constantes. A alimentação é de 20 L/h de A, com uma constante de velocidade de k=0,5 h^-1. A espécie C se condensa com uma conversão de 0,7. Precisamos resolver várias partes, desde montar a tabela estequiométrica até calcular a conversão final no reator. Para isso, vamos precisar de conhecimentos de estequiometria, balanço de massa e cinética de reações químicas.

Passo 2

Vamos começar com a letra a) que pede para construir a tabela estequiométrica completa.
A tabela estequiométrica ajuda a relacionar as quantidades dos reagentes e produtos envolvidos na reação. Ela mostra como cada mol de reagente se transforma em produtos.
Para a reação dada:
A 2B + 3C
Assumindo que começamos com 1 mol de A:
  • A: Consome 1 mol
  • B: Forma 2 mols
  • C: Forma 3 mols
Então, a tabela estequiométrica fica assim:
Espécie Coeficiente Estequiométrico
A -1
B +2
C +3
Isso significa que para cada mol de A que reage, produzimos 2 mols de B e 3 mols de C.

Passo 3

Agora, vamos para a letra b) que pergunta se a vazão volumétrica antes da condensação aumenta ou diminui.
Quando a reação ocorre numa fase gasosa (gás), a formação de produtos resulta em um aumento no número de mols totais, o que geralmente leva a um aumento na vazão volumétrica.
No nosso caso, começando com A e formando B e C:
  • 1 mol de A produz 2 mols de B e 3 mols de C, totalizando 5 mols de produtos.
Isso significa que há um aumento no número de mols, o que, sob condições isotérmicas e isobáricas, leva a um aumento na vazão volumétrica antes da condensação.
Resposta: Aumenta

Passo 4

Passando para a letra c), que pergunta sobre a vazão volumétrica depois da condensação.
A espécie C sofre condensação com uma conversão de 0,7. Isso significa que 70% de C se transforma em líquido e não contribui mais para a fase gasosa.
Então, mesmo com a formação de mais produtos, parte da C se condensa e não está mais na fase gasosa. Entretanto, ainda consideramos o aumento na quantidade de B que permanece gasoso.
Como a quantidade de B é 2 mols por mol de A, e C que não condensa (30% de 3 mols, ou 0,9 mols), temos um aumento líquido na quantidade de gás.
Portanto, a vazão volumétrica após a condensação ainda aumenta.
Resposta: Aumenta

Passo 5

Vamos para a letra d), que pede para calcular a porcentagem do reator que está subutilizada, dado que o reator tem uma capacidade de 306,3 L.
A fórmula fornecida é:
% subutilizada = 100 times V2VT
Onde:
  • V2 é o volume utilizado
  • VT é o volume total do reator
Dado que a resposta esperada é 58%, isso significa que 58% do volume total do reator está sendo efetivamente utilizado, e o restante está subutilizado.
Resposta: 100 times V2VT = 58%

Passo 6

Finalmente, na letra e), precisamos calcular a conversão na saída do reator, que é dada como X=0,88.
A conversão ( X) indica a fração de reagente que foi convertida em produtos. Uma conversão de 0,88 significa que 88% do reagente A foi convertido na reação.
Resposta: X=0,88

Resposta

A porcentagem do reator que está subutilizada é 58% e a conversão na saída do reator é X=0,88.

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