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.
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:
- Deduzir a equação da conversão total em função das conversões de cada reator.
- 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
.
Exercícios relacionados
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
.
(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
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
concentração de