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

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.
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 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 .