Considere três reatores em paralelo processando a reação , em fase gasosa, em condição isotérmica e isobárica. O primeiro reator é um CSTR, cuja alimentação é composta por de (vazão molar de alimentação do sistema), com tempo de residência de 3 min . O segundo reator é um PFR, cuja alimentação é composta por de , com tempo de residência de 1 min . O terceiro reator é um CSTR, cuja alimentação é composta por de , com tempo de residência de 2 min . A alimentação de cada reator possui a mesma concentração de alimentação do sistema. A reação é elementar e a constante de velocidade de reação é igual a .
Deduza a equação da conversão total em função das conversões de cada reator.
Calcule a conversão total do sistema em estudo. Resp.

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos três reatores operando em paralelo para a reação em fase gasosa, sob condições isobáricas e isotérmicas. Cada reator tem características diferentes de tipo, alimentação e tempo de residência. Nosso objetivo é:
  1. Deduzir a equação da conversão total em função das conversões de cada reator.
  2. Calcular a conversão total do sistema, que deve ser .
Para resolver isso, vamos precisar entender os tipos de reatores (CSTR e PFR), como calcular a conversão em cada um deles e como combinar essas conversões para obter a conversão total do sistema.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que cada tipo de reator significa:
  • CSTR (Reator Contínuo em Estado Estacionário): É um reator onde a mistura é completa e a saída tem a mesma composição da mistura interna.
  • PFR (Reator de Fluxo Contínuo ou Plug Flow Reactor): É um reator onde não há mistura nas direções de fluxo, e as reações ocorrem ao longo do comprimento do reator.
A conversão ( ) em cada reator depende do tipo e das condições operacionais. Para reações elementares de primeira ordem, como no nosso caso, as equações são diferentes para CSTR e PFR.

Passo 3

Vamos começar calculando a conversão em cada reator separadamente.
Reator 1: CSTR
Para um CSTR, a conversão é dada pela equação:
Onde:
  • (constante de velocidade)
  • (tempo de residência)
Substituindo os valores:
Reator 2: PFR
Para um PFR, a conversão é dada pela equação:
Onde:
Substituindo os valores:
Reator 3: CSTR
Usamos a mesma equação do Reator 1, mas com :

Passo 4

Agora, precisamos encontrar a conversão total do sistema, levando em consideração as diferentes frações de alimentação e as conversões em cada reator.
A conversão total ( ) pode ser calculada como a média ponderada das conversões individuais, ponderadas pelas frações molares de alimentação:
Onde:
  • (fração molar para Reator 1)
  • (fração molar para Reator 2)
  • (fração molar para Reator 3)
  • são as conversões em cada reator que já calculamos.
Substituindo os valores:

Resposta

A conversão total do sistema é ou .

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Trinta de etanol e quarenta de metanol são misturadas. Calcule as seguintes propriedades da mistura final admitindo que o volume final seja igual à soma dos volumes individuais: a) As frações mássicas do etanol e do metanol; b) A fração molar do metanol; c) O volume total da mistura; d) O volume especifico da mistura; e) A concentração do etanol (em lbmol/fi ; f) A massa de etanol (em lbm ) em 10 mL da mistura; g ) A vazão volumétrica da mistura (L/h) correspondente a uma vazão molar de de metanol.
Um tanque contém 150 kmols de uma solução aquosa de ácido fosfórico com 5,00% molar de . Esta solução é concentrada pela adição de ácido fosfórico puro com uma vazão de . Sabendo que a massa especifica do é .
(a) Represente o fluxograma completo do processo; (b) Analise o processo, classifique de acordo com entrada e saída de matéria, diga qual é o regime de operação; © Escreva o balanço de matéria no tanque, represente a expressão que descreve o comportamento desse processo (diga se é diferencial ou integral) e forneça a condição inicial; (d) Use a expressão obtida no item © para deduzir uma expressão para a fração do (em de solução) e calcule (e) O tempo necessário para concentrar a solução até .
Considere a reação , em fase gasosa, que ocorre em um reator CSTR à pressão e temperatura constantes. Neste reator, verifica-se uma queda da vazão volumétrica de em relação à vazão volumétrica de entrada. A alimentação deste reator é composta de duas correntes: a da espécie A possui vazão molar de e concentração de e a espécie B possui vazão molar de e
concentração de . Antes de processar esta reação no CSTR, foram realizados testes em um reator batelada isotérmico a volume constante com pressão inicial de 4 atm. Ao chegar em 30 minutos de operação, percebeu-se que a pressão estava em 3 atm. Considerando a lei de velocidade, para a espécie , como , determine o volume do CSTR em estudo. Resp. Vcstr=640,5 L