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:
.