A reação é conduzida em um reator batelada isotérmico ( ), em fase gasosa, a volume constante e com velocidade de reação elementar. A alimentação é composta de de A e e inerte. Em 8 (oito) minutos de reação, a pressão total da mistura reacional foi de 8 atm. Além disso, a conversão final ( ) foi alcançada quando a pressão total da mistura reacional foi de 10 atm. Determine:
a) A concentração e a pressão inicial de . Resp. Cao
b) A conversão e a concentração de A em 8 (oito) minutos de reação. Resp. ;
c) A constante de velocidade de reação. Resp. 1/min
d) O tempo de reação para a conversão máxima alcançada. Resp. min
e) O volume do reator para uma produção diária de R de dia, sabendo-se que o reator gasta 30 (trinta) minutos em atividades pré-operacionais. Considere que a concentração de A na alimentação será a mesma encontrada no item a) e a conversão de 0,99 . Resp.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma reação química que ocorre num reator batelada isoterma, ou seja, a temperatura se mantém constante. A reação acontece no estado gasoso, com volume fixo, e a velocidade é determinada por uma reação elementar. A alimentação do reator é metade A e metade um gás inerte. Precisamos determinar várias coisas sobre essa reação, como concentrações, pressões, conversão e tempo de reação. Vamos usar conceitos de cinética química e balanço de massa para resolver.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a relação entre pressão e concentração no gás. Usamos a equação dos gases ideais:
Onde:
  • é a pressão,
  • é a concentração,
  • é a constante dos gases,
  • é a temperatura.
Como a temperatura e a constante são constantes no nosso caso, podemos relacionar pressão diretamente com concentração.

Passo 3

Vamos encontrar a concentração inicial de ( ) e a pressão inicial de ( ). Sabemos que a mistura de alimentação é 50% e 50% inerte, e a pressão total inicial é atm.
Como representa 50% da alimentação:
E como a pressão total é 2 atm:
Mas precisamos converter isso para concentração usando a relação pressão-concentração. Supondo que e são ajustados para .

Passo 4

Portanto, a pressão inicial de é metade da pressão total inicial:
(# Nota: Parece haver uma inconsistência nos valores fornecidos. De acordo com a resposta esperada, atm.)

Resposta

a) A concentração inicial de é e a pressão inicial de é .

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Um dispositivo cilindro-pistão contém 1 kg de ar a 100 kPa e 300 K . Através de um processo politrópico reversível , o ar é comprimido até que a sua temperatura seja 500 K . Assumindo que qualquer transferência de calor para o ar provém de um reservatório térmico a e, se cedida pelo ar, efetua-se com o ambiente a 300 K :
c) Determine o calor transferido.
A parede de uma caldeira, consistindo em de tijolo refratário, de caulim e de uma camada externa de tijolo de alvenaria, é exposta a um gás a 1370 K , com ar a 300 K adjacente à parede externa. Os coeficientes convectivos de transferência de calor interno e externo são 115 e , respectivamente. Determine a perda de calor por pé quadrado de parede e a temperatura da superfície externa da parede sob essas condições.
Uma reação do tipo nR é realizada em fase gasosa (onde
Hg. A reação é irreversível e em um tempo suficiente longo ( ) a pressão total atingiu . Considere a velocidade de reação elementar.
Responda:
a) Determine o valor do coeficiente
b) Calcule a conversão em 20 minutos de reação, sabendo-se que a pressão foi de 19 mm Hg . Resp.
c) Imagine esta mesma reação sendo realizada em um PFR à vazão volumétrica inicial de e pressão total constante. Calcule a vazão volumétrica final para a mesma conversão encontrada na letra b). Resp.
d) Calcular o volume do reator PFR nas mesmas condições da letra c). Resp.