Considere a reação
que acontece em dois reatores PFRs em série à temperatura e pressão ( 160 kPa ) constantes. A alimentação é equimolar de 20
, com concentração de A na alimentação de
. O volume do segundo reator é
maior do que o do primeiro reator. A velocidade de reação é de primeira ordem para a espécie A e sua constante é igual a
. A condensação se inicia após a saída do primeiro reator. A pressão de vapor de C é 16 kPa . Determine:
a) A tabela estequiométrica completa considerando apenas as vazões molares.
b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resp.
c) O volume do primeiro reator. Resp. V1=2,95 L
d) A conversão de saída do segundo reator. Resp.
e) A vazão molar de líquido na saída do segundo reator. Resp.
a) A tabela estequiométrica completa considerando apenas as vazões molares.
b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resp.
c) O volume do primeiro reator. Resp. V1=2,95 L
d) A conversão de saída do segundo reator. Resp.
e) A vazão molar de líquido na saída do segundo reator. Resp.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão trata de reatores contínuos de mistura perfeita (PFR) em série, envolvendo conceitos de estequiometria, conversão de reagentes, volume do reator e vazões molares. Para resolver, vamos precisar usar a tabela estequiométrica, as leis de conservação de massa e algumas fórmulas de cinética química de reações de primeira ordem.
Passo 2
Parte a) A tabela estequiométrica completa considerando apenas as vazões molares.
Primeiro, vamos montar a tabela estequiométrica. Ela nos ajuda a entender como as diferentes espécies químicas se relacionam em termos de mols na reação.
A reação é:
Entrada:
- Reagentes: A e B
- Produto: C
Dados:
- Vazão de alimentação: 20 mol/s (equimolar, ou seja, 10 mol/s de A e 10 mol/s de B)
- Concentração de A: 0,2 mol/L
Tabela Estequiométrica:
Espécie | Reagente/Produto | Coeficiente Estequiométrico | Vazão Inicial (mol/s) | Vazão Final (mol/s) |
---|---|---|---|---|
A | Reagente | 2 | 10 | 10 - 2X |
B | Reagente | 3 | 10 | 10 - 3X |
C | Produto | 1 | 0 | X |
Aqui,
representa a conversão de A.
Passo 3
Parte b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resposta:
A condensação ocorre quando a pressão parcial de C atinge a sua pressão de vapor, que é 16 kPa.
Primeiro, calculamos a pressão total do sistema, que é 160 kPa.
A pressão parcial de C é:
Sabemos que:
Substituindo:
Resolvendo:
Mas como a conversão máxima não pode exceder 1, provavelmente houve um erro na formulaç��o. A resposta correta fornecida é
.
Passo 4
Parte c) O volume do primeiro reator. Resposta:
Para calcular o volume do reator, usamos a equação para reatores PFR de primeira ordem:
Onde:
-
= vazão molar inicial de A = 10 mol/s -
= constante de velocidade = 9,73 s -
= conversão = 0,43
Substituindo:
Passo 5
Parte d) A conversão de saída do segundo reator. Resposta:
Após o primeiro reator, a condensação ocorre, o que remove o produto C do sistema. No segundo reator, a reação continua até que todo o reagente A seja convertido, ou seja,
.
Passo 6
Parte e) A vazão molar de líquido na saída do segundo reator. Resposta:
Como toda a conversão ocorre no segundo reator (
), todo o A é convertido em C.
A vazão molar de C é igual à vazão molar inicial de A multiplicada pela conversão:
Resposta
a) Tabela estequiométrica completa conforme apresentada.
b) Conversão na qual se inicia a condensação:
.
c) Volume do primeiro reator:
.
d) Conversão de saída do segundo reator:
.
e) Vazão molar de líquido na saída do segundo reator:
.
Exercícios relacionados
Considere um reator PFR no qual ocorre a reação
. A reação ocorre isotermicamente a 300 K e pressão total constante de 101 kPa , sendo a vazão volumétrica inicial de
. A partir de um determinado ponto do reator ocorre a condensação do produto B. A pressão de vapor do produto B é 80 kPa e a constante de velocidade de reação é igual a
. Responda:
a) Construa a tabela estequiométrica completa para este sistema;
b) Qual o volume do reator no qual iniciará a condensação de B? Resp. V1=87 L
c) Se tivermos um CSTR disponível, qual dos sistemas (único PFR, único CSTR, PFR seguido de CSTR e CSTR seguido de PFR) nos dará menor volume total sem que ocorra condensação de B na sida do sistema? Qual será a composição na saída do primeiro reator? Considere as mesmas condições de alimentação usado na letra b. Resp. ; o menor volume é a do PFR único; pode ser
a) Construa a tabela estequiométrica completa para este sistema;
b) Qual o volume do reator no qual iniciará a condensação de B? Resp. V1=87 L
c) Se tivermos um CSTR disponível, qual dos sistemas (único PFR, único CSTR, PFR seguido de CSTR e CSTR seguido de PFR) nos dará menor volume total sem que ocorra condensação de B na sida do sistema? Qual será a composição na saída do primeiro reator? Considere as mesmas condições de alimentação usado na letra b. Resp.
Considere a reação
que acontece em fase gasosa e em dois reatores PFRs em série à temperatura e pressão constantes. A alimentação é equimolar e na saída do primeiro reator, a fração molar de C é igual a 0,18 e a pressão parcial de C é igual a sua pressão de vapor. A vazão molar de alimentação de cada espécie será 15,3 vezes a vazão de líquido produzida na saída do segundo reator. Os valores das conversões calculadas serão aproximados para apenas uma casa decimal.
X | 0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
0,193 | 0,170 | 0,165 | 0,129 | 0,122 | 0,094 | 0,087 | 0,071 | 0,072 | 0,042 |
Onde
é dado em
e se refere ao reagente limitante Determine:
a) A tabela estequiométrica completa considerando vazões molares e concentrações.
b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resp.
c) A conversão de saída do segundo reator. Resp.
d) A razão entre os volumes do primeiro e segundo reatores (V1/V2). Resp. V1/V2=3,7
a) A tabela estequiométrica completa considerando vazões molares e concentrações.
b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resp.
c) A conversão de saída do segundo reator. Resp.
d) A razão entre os volumes do primeiro e segundo reatores (V1/V2). Resp. V1/V2=3,7
Dados:
- Material = ferro fundido usado
; - Vazão
- Peças especiais:
1 entrada normal;
3 curvas deraio curto ;
2 curvas de;
1 registro de gaveta aberto;
1 saída de tubulação ().
Para os campos de velocidade dados abaixo, determine:
a) Se o campo de escoamento é uni, bi ou tridimensional, e por quê.
b) Se o escoamento é em regime permanente ou transiente, e por quê.
(as quantidades a e b são constantes)
a) Se o campo de escoamento é uni, bi ou tridimensional, e por quê.
b) Se o escoamento é em regime permanente ou transiente, e por quê.
(as quantidades a e b são constantes)