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.
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0 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 |
---|---|---|---|---|---|---|
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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