Como o novo engenheiro químico da empresa, você foi escolhido para colocar um reator de mistura ideal em operação com uma reação em série do tipo:
e
. A concentração de A na alimentação será de 5 mol m
e a vazão volumétrica é de
. A conversão da espécie A no estado estacionário deverá ser igual a
. Calcule a concentração de A, B e C na saída do reator no estado estacionário.
Passo 1
Então, a gente tem um problema de química envolvendo um reator de mistura ideal onde ocorre uma reação em série: A se transforma em B, que por sua vez se transforma em C. A gente quer descobrir as concentrações dessas três substâncias na saída do reator quando tudo está estável, ou seja, no estado estacionário. Para resolver isso, vamos precisar entender balanços de massa e as equações que descrevem as reações químicas envolvidas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa conversão de A em 75%. Conversão (
) é a fração da substância que reage. Aqui,
, o que significa que 75% de A está sendo convertido na reação.
Passo 3
Sabemos que a concentração de A na alimentação (
) é 5 mol/m³. Com uma conversão de 75%, a concentração de A na saída (
) pode ser calculada usando a fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 4
Agora, vamos calcular a concentração de B na saída. Para isso, precisamos considerar que B é formado a partir de A e consumido na formação de C. Usaremos a equa��ão de balanço de massa para B:
A formação de B vem da reação A → B, e o consumo de B vem de B → C. As taxas dessas reações são dadas por:
No estado estacionário:
Resolvendo para
:
Passo 5
Finalmente, vamos encontrar a concentração de C na saída. C é produzido a partir de B, então a taxa de formação de C é igual à taxa de consumo de B. Usando a equação:
Como não há mais reações além de B → C, toda a formação de C fica acumulada na saída.
Resposta
As concentrações na saída do reator no estado estacionário são:
Exercícios relacionados
Uma reação elementar irreversível está ocorrendo em fase líquida de acordo com a reação:
. O sistema atual opera nas seguintes condições: 2 reatores de mistura ideais em série, sendo que o primeiro tem volume de 3000 L e o segundo de 4000 L . A é alimentado puro a uma vazão volumétrica de
e as conversões após o primeiro e o segundo reator são de 0,6 e 0,8 respectivamente. Infelizmente os dados sobre a constante da taxa foram perdidos e por isto está havendo dificuldade em se fazer um novo projeto visando a duplicação da produção.
Um reator semibatelada será usado para realizar as reações mostradas abaixo em fase líquida a pressão e temperatura constantes.
O reator contem inicialmente 100 L de uma solução com concentrações de
de A;
de B e
de C . No tempo
, uma corrente com uma concentração de B de
e vazão de
começa a ser alimentada no reator. Calcule o tempo necessário para atingir uma concentração de A de
e as concentrações de B e de C nesse tempo.
O reator de mistura tem capacidade de 510 L e é alimentado com uma corrente de vazão de
, com concentrações de
de A e
de B. Calcule as concentrações de A e C no estado estacionário.
Durante o projeto da duplicação, decidiu-se usar reatores tubulares ideais ao invés dos de mistura. Calcule os volumes de 2 reatores tubulares ideais iguais operando em série necessários para atingir a conversão desejada de 0,8 de A se a vazão de entrada de A puro é de
e a concentração de A na entrada é a mesma utilizada na letra a). Qual é a conversão de A após o primeiro reator ? Esta conversão é maior menor ou igual a conversão total do sistema dividida por 2 ? Explique fisicamente porque isto está ocorrendo.