Uma maneira muito utilizada em reações em fase gasosa ocorrendo dentro de reatores fechados de paredes rígidas é acompanhar a evolução da pressão total do reator ao longo do tempo e em função disto determinar a evolução da pressão parcial dos reagentes. A reação elementar 2 A R foi estudada através deste método a temperatura de 400^circ C e os dados experimentais obtidos para a sua decomposição em fase gasosa foram os seguintes:
t(s) 0 20 40 60 80 100 140 200
pA(mmHg) 760 605 518 425 340 280 190 105
Conhecendo-se a cinética desta reação a partir dos dados acima, deseja-se operar esta reação em reatores contínuos a 400^circ C e pressão atmosférica, partir de uma alimentação constituída de 30 % em mols de A e o restante de N2 (inerte). Para conversão desejada de 90 % e vazão =100 L / min :
c) Explique porque esses volumes são iguais ou diferentes.

Passo 1

Vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos uma reação gasosa 2 A R estudada a 400^circ C com dados de pressão parcial de A ao longo do tempo. Queremos operar essa reação em reatores contínuos a pressão atmosférica, com uma alimentação de 30% de A e 70% de N2. A conversão desejada é de 90% e a vazão é de 100 L/min. A parte © da questão pede para explicar por que os volumes dos reatores são iguais ou diferentes. Para isso, vamos precisar entender os tipos de reatores contínuos e como calcular seus volumes com base na cinética da reação.

Passo 2

Primeiro, precisamos identificar os tipos de reatores contínuos mais comuns: o Reator de Perturbição Contínua (CSTR) e o Reator de Fluxo em Tubo (PFR). Cada um desses reatores tem características distintas que afetam o volume necessário para alcançar uma determinada conversão.

Passo 3

No CSTR, a mistura é completa e homogênea. A concentração dos reagentes é a mesma em todo o reator. A equação de balanço de massa para um CSTR é dada por:
V = FA0 cdot X-rA
onde:
  • é o volume do reator,
  • é a vazão molar inicial de A,
  • é a conversão desejada,
  • é a taxa de reação.

Passo 4

Já no PFR, a reação ocorre ao longo do comprimento do reator, e as condições mudam de forma contínua ao longo do fluxo. A taxa de reação varia ao longo do reator, e a equação de balanço de massa integrada para um PFR é:
V = integral0^X FA0-rA dX
Neste caso, o volume total depende da variação da taxa de reação com a conversão.

Passo 5

Devido a essas diferenças fundamentais, o volume necessário para um PFR geralmente é menor que o de um CSTR para a mesma conversão e condições de operação. Isso ocorre porque, no PFR, a conversão ocorre de forma mais eficiente ao longo do fluxo, aproveitando melhor a taxa de reação variável.

Passo 6

Além disso, no CSTR, todo o material passa pelo reator com a mesma concentração média, o que pode resultar em necessidade de maior volume para alcançar a mesma conversão que o PFR, onde partes do fluxo já estão mais convertidas conforme avançam no reator.

Resposta

Os volumes dos reatores contínuos são diferentes porque o PFR, com reação ocorrendo ao longo do fluxo, geralmente requer um menor volume comparado ao CSTR, que mistura completamente o conteúdo e precisa de um volume maior para alcançar a mesma conversão. Essa diferença se deve à eficiência na utilização da taxa de reação em cada tipo de reator.

Exercícios relacionados