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

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma reação química do tipo que ocorre na fase gasosa em dois reatores PFR (Reatores de Fluxo Contínuo) ligados em série, mantendo temperatura e pressão constantes. A alimentação é equimolar, ou seja, as quantidades de A e B que entram são iguais. No primeiro reator, a fração molar de C na saída é 0,18, e a pressão parcial de C é igual à sua pressão de vapor. Além disso, a vazão molar de cada espécie na alimentação é 15,3 vezes a vazão do líquido produzido na saída do segundo reator. Precisamos ajudar a montar a tabela estequiométrica completa considerando vazões molares e concentrações.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a tabela estequiométrica. Ela mostra como as quantidades de reagentes e produtos se relacionam durante a reação química. Como a reação é , para cada 3 mols de A e 2 mols de B que reagem, forma-se 1 mol de C.
Vamos chamar a conversão de de . Isso significa que, se começarmos com uma certa quantidade de , uma fração será consumida na reação.

Passo 3

Como a alimentação é equimolar, a vazão molar de e na entrada é a mesma. Vamos supor que a vazão molar de alimentação de cada espécie seja .
A vazão molar de formada será , já que para cada 3 mols de reagidos, forma-se 1 mol de .

Passo 4

Agora, considerando a relação dada: a vazão molar de alimentação de cada espécie ( e ) é 15,3 vezes a vazão de líquido produzida na saída do segundo reator. Vamos chamar a vazão de líquido de .
Então, temos:

Passo 5

Como sabemos que , podemos escrever . Isso nos ajuda a relacionar as vazões molares dos reagentes com a vazão de líquido produzida.

Passo 6

Vamos agora considerar as frações molares na saída do primeiro reator. A fração molar de é 0,18, o que significa que:
Onde .
Como e , podemos substituir na equação:

Passo 7

Simplificando a equação:
Multiplicando ambos os lados por :

Passo 8

Subtraindo de ambos os lados:
Convertendo para decimal:

Passo 9

Resolvendo para :
Isso significa uma conversão de aproximadamente 1,32, o que não faz sentido físico, já que a conversão não pode ser maior que 1 (ou 100%).
Provavelmente houve um erro nos cálculos ou na interpretação dos dados. Vamos revisar.

Passo 10

Revisando a equação:
Multiplicando ambos os lados por :
Subtraindo de ambos os lados:
Convertendo para decimal:
Realmente, o valor excede 1. Talvez a interpretação da fração molar esteja incorreta. Vamos tentar outra abordagem.

Passo 11

Considerando que a fração molar de é 0,18, então a soma das frações molares de , e é 1:
Como , temos:

Passo 12

Além disso, sabemos que a relação estequiométrica entre e é 3:2. Portanto:
Ou seja:

Passo 13

Substituindo na soma das frações molares:
E:

Passo 14

Agora, utilizando as relações de conversão e vazões, podemos montar a tabela estequiométrica completa. Considerando que a alimentação é equimolar ( ) e usando as frações molares calculadas, podemos preencher a tabela com as vazões molares e concentrações de cada espécie na saída do primeiro reator.

Resposta

A tabela estequiométrica completa, considerando as vazões molares e frações molares, é:
Espécie Vazão Molar ( ) Fração Molar
0,492
0,328
0,18

Exercícios relacionados

A reação é conduzida em um sistema de reatores no qual existem dois reatores CSTRs em paralelo de volumes iguais (V1 e V2), cuja vazão molar de alimentação de V2 é o tripulo da vazão de V1. As correntes que saem (efluentes) de V1 e V2 se unem formando uma única corrente que alimenta o reator PFR de volume V3 que é cinco vezes maior do que V1. Denominem a conversão de entrada no PFR de X3 e de saída de X 4 . A corrente que sai do reator V 1 possui uma conversão local de igual a (conversão calculada considerando-se a conversão de alimentação deste reator igual a zero). A reação ocorre em fase gasosa, à pressão e temperaturas constantes. Além disto, a alimentação é estequiométrica. A lei de velocidade de reação é de primeira ordem em relação a espécie A, que é a mesma ordem global. Calcule a conversão global X4 da corrente que sai do PFR de volume V3. Resp. X4=0,66
Um reator contínuo de tanque agitado é usado para produzir um composto R em fase líquida pela reação . A alimentação entra no reator a uma vazão volumétrica (L/s), a concentração do reagente na alimentação é . O volume do conteúdo do tanque é e reator pode ser considerado perfeitamente misturado, tal que a densidade e a concentração de A são iguais a da corrente da saída. Para este processo a velocidade de consumo de A é dada por . Analise o processo de acordo com entrada e saída de matéria, o regime de operação e escreva a equação de balanço para o componente A.
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
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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.