Considere um reator batelada com paredes rígidas que processa a reação
3C, em fase gasosa e de maneira isotérmica. A alimentação é formada por 30 mol de A , 20 mol de B e 10 mol de inerte. A reação inicia com pressão de 6 atm e temperatura de 300 K. A cinética da reação está representada na tabela que segue.
|
0 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 |
---|---|---|---|---|---|---|
|
0,01 | 0,005 | 0,002 | 0,001 | 0,0009 | 0,0008 |
Obs: a velocidade de reação está escrita em função do reagente limitante ou base de cálculo.
Calcule:
a) Construa a tabela estequiométrica completa.
b) Número de mols total e concentrações molares de A, B e C para uma conversão de . Resp.
c) O tempo de reação para uma conversão de . Resp.
min
d) Pressão do sistema reacional a de conversão. Resp.
e) Quantidade molar de C em um dia de operação, sabendo-se que são gastos 10 min com operações de preparação do reator para uma nova batelada. (cada batelada com de conversão). Resp.
mol
Calcule:
a) Construa a tabela estequiométrica completa.
b) Número de mols total e concentrações molares de A, B e C para uma conversão de
c) O tempo de reação para uma conversão de
d) Pressão do sistema reacional a
e) Quantidade molar de C em um dia de operação, sabendo-se que são gastos 10 min com operações de preparação do reator para uma nova batelada. (cada batelada com
Passo 1
Então, vamos lá! Temos um reator batelada que está processando a reação
na fase gasosa e de forma isotérmica. A gente recebe 30 mol de A, 20 mol de B e 10 mol de inerte. A pressão inicial é de 6 atm e a temperatura é 300 K. A tabela nos dá a cinética da reação em função da conversão
. Para resolver as questões, vamos precisar de conhecimentos de estequiometria, balanço de massa, cinética química e relações de gás ideal.
Passo 2
Primeiro, vamos construir a tabela estequiométrica completa. Isso significa que vamos ver como as quantidades de cada componente mudam conforme a reação acontece.
Passo 3
Sabemos que para cada 3 mol de A consumidos, 5 mol de B também são consumidos e 3 mol de C são produzidos. O inerte não participa da reação, então sua quantidade permanece constante.
Passo 4
Agora, vamos calcular as quantidades após uma conversão de 80%. Isso significa que 80% de A foi convertido em C. Com base nisso, calculamos quantos mols de cada componente restaram e foram produzidos.
Passo 5
Para encontrar o tempo de reação, vamos usar a cinética fornecida na tabela. Precisamos identificar a velocidade da reação correspondente a 80% de conversão e integrar essa velocidade ao longo do tempo para encontrar quanto tempo leva para atingir essa conversão.
Passo 6
A pressão do sistema após 80% de conversão pode ser calculada usando a lei dos gases ideais, considerando que o volume é constante e que a quantidade total de mols mudou devido à reação.
Passo 7
Por fim, para encontrar a quantidade molar de C produzida em um dia de operação, vamos considerar o tempo total de operação, descontando os 10 minutos de preparação, e multiplicar pela produção por batelada.
Resposta
a) Tabela Estequiométrica Completa
Componente | Inicial (mol) | Consumo/Produção (mol) | Final (mol) |
---|---|---|---|
A | 30 | -24 (3x0.8x10) | 6 |
B | 20 | -40 (5x0.8x10) | -20* |
C | 0 | +24 (3x0.8x10) | 24 |
Inerte | 10 | 0 | 10 |
*Observação: B é o reagente limitante, então não pode ser negativo. Portanto, ocorre um excesso de A ou a reação é limitada por B.
b) Número de mols total e concentrações molares de A, B e C para uma conversão de 80%
c) Tempo de reação para uma conversão de 80%
d) Pressão do sistema reacional a 80% de conversão
e) Quantidade molar de C em um dia de operação
Exercícios relacionados
Uma reação do tipo
nR é realizada em fase gasosa (onde
Hg. A reação é irreversível e em um tempo suficiente longo ( ) a pressão total atingiu
. Considere a velocidade de reação elementar.
Responda:
a) Determine o valor do coeficiente
b) Calcule a conversão em 20 minutos de reação, sabendo-se que a pressão foi de 19 mm Hg . Resp.
c) Imagine esta mesma reação sendo realizada em um PFR à vazão volumétrica inicial de e pressão total constante. Calcule a vazão volumétrica final para a mesma conversão encontrada na letra b). Resp.
d) Calcular o volume do reator PFR nas mesmas condições da letra c). Resp.
Hg. A reação é irreversível e em um tempo suficiente longo (
Responda:
a) Determine o valor do coeficiente
b) Calcule a conversão em 20 minutos de reação, sabendo-se que a pressão foi de 19 mm Hg . Resp.
c) Imagine esta mesma reação sendo realizada em um PFR à vazão volumétrica inicial de
d) Calcular o volume do reator PFR nas mesmas condições da letra c). Resp.
Um mistura de metanol e acetato de metila contém 15,0% em massa de metanol.
a) usando uma única equação dimensional, determine os mols de metanol em da mistura;
b) A vazão de acetato de metila na mistura é de , qual dever ser a vazão da mistura
.
a) usando uma única equação dimensional, determine os mols de metanol em
b) A vazão de acetato de metila na mistura é de
A reação em fase gasosa
, que é de primeira ordem em relação a
e
, deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento uniforme. A produção de C é de
com conversão de
(PMc
). A vazão volumétrica de entrada é de
e a alimentação é equimolar. A temperatura e a pressão são constantes. A velocidade específica de reação nesta temperatura é de
min e a energia de ativação é de
.
Responda
a) Estime o volume requerido para que um CSTR, que recebe o efluente de um PFR com conversão de , alcance
de conversão total, se possível. Se não for possível, qual deverá ser a conversão total e o volume do CSTR? Resp. Vcstr=3,78 L
b) Determine o volume do PFR cuja conversão na saída é de . Resp. Vpfr=1,16 L
c) Se esta reação fosse reversível, qual seria o valor da conversão de equilíbrio e da concentração de A no equilíbrio? Sabe-se que a constante de equilíbrio é . Resp. Ela nunca entraria em equilíbrio porque
.
Responda
a) Estime o volume requerido para que um CSTR, que recebe o efluente de um PFR com conversão de
b) Determine o volume do PFR cuja conversão na saída é de
c) Se esta reação fosse reversível, qual seria o valor da conversão de equilíbrio e da concentração de A no equilíbrio? Sabe-se que a constante de equilíbrio é