Propostas
- Empresa Marvel S.A consultoria.
Para alcançar a produção desejada devemos aquecer o ultimo reator fornecendo uma carga térmica de 10000cal/min.
- Empresa Drewcorel S.a
Para alcançar a produção desejada devemos apenas diluir a alimentação fazendo com que a composição da carga seja de
de B e o restante de inerte.
Dados complementares.
Cpa= 2,0; Cpb 5,0 e Cp inerte = 1,5, Cpc= 7,0 cal
de A
Fao
.
Para alcançar a produção desejada devemos aquecer o ultimo reator fornecendo uma carga térmica de 10000cal/min.
Para alcançar a produção desejada devemos apenas diluir a alimentação fazendo com que a composição da carga seja de
Dados complementares.
Cpa= 2,0; Cpb 5,0 e Cp inerte = 1,5, Cpc= 7,0 cal
Fao
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício! Aqui temos duas propostas para alcançar a produção desejada em um processo químico. A primeira proposta é da Empresa Marvel S.A Consultoria, que sugere aquecer o último reator com uma carga térmica de 10.000 cal/min. A segunda é da Empresa Drewcorel S.A, que propõe diluir a alimentação para que a composição da carga seja 10% A, 10% B e o restante inerte. Para resolvermos isso, vamos precisar entender de balanço de energia, propriedades termodinâmicas e balanço de massa. Vamos usar as informações complementares que nos dão os valores de calor específico, entalpia de reação, fluxo molar inicial e a constante dos gases.
Passo 2
Vamos começar analisando a Proposta 1 da Marvel S.A. Eles querem aquecer o último reator com uma carga térmica de 10.000 cal/min. Isso significa que precisamos calcular como essa quantidade de calor vai afetar nosso processo.
Primeiro, lembrando que a entalpia de reação dada é
de A. O sinal negativo indica que a reação é exotérmica, ou seja, libera calor. Essa informação será importante para o balanço de energia.
Vamos converter a carga térmica de 10.000 cal/min para kcal/min para facilitar:
Isso significa que estamos adicionando 10 kcal/min ao sistema.
Passo 3
Agora, precisamos calcular quanto disso é utilizado para compensar a energia liberada pela reação. Sabemos que o fluxo molar inicial de A é
.
A quantidade de calor liberada pela reação por minuto é:
O sinal negativo indica que 100 kcal/min estão sendo liberadas pelo processo.
Passo 4
Agora, com a carga térmica de 10 kcal/min fornecida pela Marvel S.A, temos:
Isso significa que, mesmo com o aquecimento, ainda estamos com uma liberação líquida de 90 kcal/min. Ou seja, a energia fornecida não é suficiente para compensar a energia liberada pela reação.
Passo 5
Agora, vamos analisar a Proposta 2 da Drewcorel S.A. Eles sugerem diluir a alimentação para que a composição seja 10% de A, 10% de B e o restante inerte. Vamos verificar como essa diluição impacta o balanço de energia.
Primeiro, calculamos a nova taxa de fluxo molar total após a diluição. Supondo que a diluição não altera o fluxo molar total, apenas a composição:
Como o fluxo molar inicial de A é 10 mol/min, isso implica que:
Então, após a diluição:
Passo 6
Vamos agora calcular o novo balanço de energia com a diluição. A presença de componentes inertes consome energia sem participar da reação, afetando o balanço térmico.
Primeiro, calculamos o calor necessário para aquecer os componentes:
Assumindo uma variação de temperatura
, que precisaria ser especificada no problema (suponhamos que seja 273 K para simplificação).
Mas, como não temos dados de variação de temperatura, vamos focar no balanço de energia pela reação.
Passo 7
Considerando a reação e a diluição, a entalpia total da reação será:
Como não há fornecimento adicional de calor nesta proposta, o balanço total de energia será apenas a energia liberada pela reação:
Resposta
Com base nas duas propostas, a Proposta 1 da Marvel S.A não fornece calor suficiente para compensar a energia liberada pela reação, resultando em um balanço térmico negativo de -90 kcal/min. Já a Proposta 2 da Drewcorel S.A mantém o balanço de energia em -100 kcal/min, similar à proposta anterior, mas introduz inertes que podem afetar a eficiência do processo. Portanto, nenhuma das duas propostas resolve completamente a necessidade energética do processo, sendo recomendável buscar uma alternativa que forneça mais calor ou otimizar a reação para minimizar a liberação de energia.
Exercícios relacionados
Onde: -ra = Velocidade da reação; Cao= concentração inicial de
Pergunta: Discuta a validade desta equação.
Admita que você foi contratado por uma fábrica para resolver algumas questões. A fábrica deseja utilizar um PFR existente no almoxarifado, para processar isotermicamente a
, a pressão ambiente, a reação exotérmica
. A alimentação do reator é de
de uma mistura gasosa de
de A e
de inerte. O PFR em questão dispõe de um sistema de resfriamento suficiente para retirar
do reator, para ser operado isotermicamente. O gerente da fábrica, pensando em lucro, deseja saber exatamente o quanto pode se produzir de B para avaliar a viabilidade econômica do processo. A fabrica possui uma ficha de identificação do equipamento, mas na ficha do PFR, falta o volume de reação. Além disso, a determinação prática do volume do reator coloca em risco o sistema de resfriamento (senão ele mesmo já teria medido). Então ele quer que você o calcule. Você tem disponível os seguintes dados: Cpa = 1,0 cal/gmol. Co;
;
;
; Calor de reação a
igual a
de A . Resultados experimentais obtidos num reator de batelada operado a volume constante e alimentado apenas com reagente A
Tempo(s) | 0 | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 18 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
|
1,0 | 1,285 | 1,503 | 1,670 | 1,804 | 1,913 | 2,00 |
|
1,0 | 1,165 | 1,302 | 1,418 | 1,523 | 1,611 | 1,684 |
Estima-se que após o tratamento, esta carga ofereça uma alimentação de 5.256 ton/ano. Seu chefe ainda informa que: caso seja necessário utilizar vários reatores em série, tanto no caso de resfriamento, quanto no caso de aquecimento; estes só poderão ter temperatura igual a da alimentação, nos respectivos casos. Seu chefe pede para você, engenheiro químico da empresa, dimensione esta unidade especificando os seguintes pontos.
a) você escreva a expressão da Lei das taxas em função da conversão.
b) Todas as expressões dos balanço(s) de energia.
c) Determine o volume do primeiro reator dessa unidade e as conversões e temperaturas de equilíbrio.
Dados adicionais:
Reação do tipo .
, elementar,
Para efeito de segurança, o reator deve operar com uma conversão limite de até da do equilíbrio adiabático.
Cpa
à 273 K.
Temperatura de alimentação é de 560 K .
a) você escreva a expressão da Lei das taxas em função da conversão.
b) Todas as expressões dos balanço(s) de energia.
c) Determine o volume do primeiro reator dessa unidade e as conversões e temperaturas de equilíbrio.
Dados adicionais:
Reação do tipo
Para efeito de segurança, o reator deve operar com uma conversão limite de até
Cpa
Temperatura de alimentação é de 560 K .
Avalie a possibilidade de operação dessa unidade.
a) Caso seja impossível operar a produção desejada, especifique os motivos através de cálculos matemáticos e proponha alguma solução para o problema sugerido por você.
b) Caso seja possível operar a unidade determine a carga térmica do segundo reator, a conversão e a temperatura da reação.
Dados complementares:
Cpa inerte
e
a) Caso seja impossível operar a produção desejada, especifique os motivos através de cálculos matemáticos e proponha alguma solução para o problema sugerido por você.
b) Caso seja possível operar a unidade determine a carga térmica do segundo reator, a conversão e a temperatura da reação.
Dados complementares:
Cpa