A concentração de NO é reduzida pela passagem dos gases de exaustão sobre a superfície e a taxa de redução é governada por uma reação de 1a ordem. Como uma primeira aproximação pode-se assumir que o NO alcança a superfície numa difusão unidimensional através do filme gasoso de espessura L. Considere que os gases de
exaustão está a 500oC e P=1.2 bar e a fração molar de NO é yAL=0.15. Se DAB=10-4
e a espessura do filme é
, qual a fração molar de NO na superfície e qual a taxa de remoção de NO pela superfície de A
.
exaustão está a 500oC e P=1.2 bar e a fração molar de NO é yAL=0.15. Se DAB=10-4
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão envolve a redução da concentração de NO (óxido nítrico) nos gases de exaustão através de uma superfície, considerando que a reação que ocorre é de primeira ordem. Vamos usar conceitos de transferência de massa e cinética química para encontrar a fração molar de NO na superfície e a taxa de remoção de NO pela superfície dada.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender que a redução de NO ocorre por difusão através de um filme gasoso até a superfície onde ocorre a reação. A espessura desse filme gasoso é
ou
.
Passo 3
Vamos calcular a taxa de difusão de NO através do filme gasoso. Para isso, usamos a Lei de Fick para difusão unidimensional:
Onde:
-
é o fluxo de massa, -
é o coeficiente de difusão, -
é a diferença na fração molar de NO entre o lado do gás livre e a superfície, -
é a espessura do filme.
Passo 4
Sabemos que a reação é de primeira ordem, então a taxa de reação pode ser expressa como:
Onde:
-
é a taxa de remoção de NO pela superfície, -
é a constante de velocidade da reação, -
é a fração molar de NO na superfície que queremos encontrar.
Passo 5
Em estado estacionário, a taxa de difusão de NO até a superfície é igual à taxa de reação na superfície:
Então:
Passo 6
Agora, vamos resolver para
:
Multiplicando ambos os lados por
:
Multiplicando ambos os lados por
:
Distribuindo o
:
Somando
em ambos os lados:
Isolando
:
Passo 7
Substituindo os valores fornecidos:
Calculando o denominador:
Então:
Passo 8
Agora que temos
, podemos calcular a taxa de remoção de NO pela superfície usando a área dada
:
Substituindo os valores:
Resposta
A fração molar de NO na superfície é
e a taxa de remoção de NO pela superfície é
.