Considere um PFR no qual se processa a reação
, em um ambiente isotérmico e isobárico. A alimentação consiste de
de A. A constante de velocidade de reação é
. 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
de capacidade, qual é a porcentagem deste que se encontra subutilizada? Resp.
V2/VT=58%
e) Calcule a conversão na saída do reator. Resp.
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
e) Calcule a conversão na saída do reator. Resp.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos um reator de fluxo contínuo (PFR) onde ocorre a reação
. Vamos trabalhar em condições de temperatura e pressão constantes. A alimentação é de 20 L/h de A, com uma constante de velocidade de
. 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:
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
.
A fórmula fornecida é:
Onde:
-
é o volume utilizado -
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:
Passo 6
Finalmente, na letra e), precisamos calcular a conversão na saída do reator, que é dada como
.
A conversão (
) 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:
Resposta
A porcentagem do reator que está subutilizada é
e a conversão na saída do reator é
.