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.

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: .

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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
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
Dados:
  • Material = ferro fundido usado ;
  • Vazão
  • Peças especiais:
    1 entrada normal ;
    3 curvas de raio 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)