Dois reatores de mistura em série foram utiliza dos para o estudo da cinética de uma reação de decomposição de A em fase líquida, cuja alimentação é introduzida no primeiro reator com uma concentração de
. e uma vazão de
.
O volume de cada reator, bem como a concentração de saída em cada um deles, encontra-se na tabela abaixo.
O volume de cada reator, bem como a concentração de saída em cada um deles, encontra-se na tabela abaixo.
|
|
|
---|---|---|
Volume
|
10 | 40 |
|
1,02 | 0,61 |
Determine a equação de velocidade desta reação
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos dois reatores de mistura em série usados para estudar como a substância A se decompõe em fase líquida. A gente sabe a concentração de A que entra no primeiro reator, que é
, e a vazão do fluxo, que é
. Além disso, temos uma tabela com o volume de cada reator e a concentração de A que sai de cada um deles. Nosso objetivo aqui é descobrir qual é a equação de velocidade dessa reação, ou seja, como a taxa de decomposição de A depende da sua concentração.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é a equação de velocidade. Em química, a equação de velocidade expressa a taxa com que uma reação acontece em função das concentrações dos reagentes. Geralmente, tem a forma
, onde:
-
é a taxa de reação, -
é a constante de velocidade, -
é a concentração do reagente A, -
é a ordem da reação em relação a A.
Vamos precisar descobrir os valores de
e
usando os dados fornecidos.
Passo 3
Como temos dois reatores em série, vamos analisar cada um separadamente. Para um reator de mistura contínua (CSTR), a taxa de reação pode ser relacionada pela equação de balanço de matéria:
Onde:
-
e são as vazões de entrada e saída (que são iguais se considerarmos fluxo constante), -
e são as concentrações de entrada e saída, -
é o volume do reator.
Vamos aplicar essa equação em cada reator para encontrar duas equações que nos ajudarão a determinar
e
.
Passo 4
Vamos começar com o primeiro reator:
- Volume (
) = 10 L - Concentração de saída (
) = 1,02 mol/L - Concentração de entrada (
) = 1,5 mol/L - Vazão (
) = 4 L/min
Aplicando a equação de balanço:
Passo 5
Agora, para o segundo reator:
- Volume (
) = 40 L - Concentração de saída (
) = 0,61 mol/L - Concentração de entrada (
) = 1,02 mol/L (saída do primeiro reator) - Vazão (
) = 4 L/min
Aplicando a equação de balanço:
Passo 6
Agora que temos as taxas de reação nos dois reatores, podemos relacioná-las com a equação de velocidade. Assumindo que a ordem da reação seja a mesma em ambos os reatores, temos:
Para o primeiro reator:
Para o segundo reator:
Passo 7
Vamos dividir a primeira equação pela segunda para eliminar
:
Simplificando:
Tomando o logaritmo dos dois lados para resolver para
:
Passo 8
Agora que temos
, podemos substituir de volta em uma das equações para encontrar
. Usando a primeira equação:
Calculando
:
Resposta
A equação de velocidade da reação é:
Exercícios relacionados
Uma placa quadrada de 50 cm de lado dissipa calor a
no ar a uma temperatura ambiente de 25
com coeficiente de convecção igual a
. Para aumentar a taxa de transferência de calor nesta superfície foram instaladas 50 aletas de uma liga de alumínio (condutividade térmica:
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.
Vapor saturado a uma pressão de 20,9 psig escoa no interior de uma tubulação de aço carbono (condutividade térmica
) com diâmetro de 2 in sch 40 . Os coeficientes de convecção interno e externo são
e
, respectivamente. O ar exterior está a
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. Qual a variação porcentual da taxa de reação se a temperatur é aumentada de 300 para 310 K ? (R: 264%)
Responda às questoes abaixo: Dada a reação
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