A reação A 4 R é conduzida em um reator batelada isotérmico ( T=27^circ C ), em fase gasosa, a volume constante e com velocidade de reação elementar. A alimentação é composta de 50 % de A e 50 % e inerte. Em 8 (oito) minutos de reação, a pressão total da mistura reacional foi de 8 atm. Além disso, a conversão final ( X=0,99 ) foi alcançada quando a pressão total da mistura reacional foi de 10 atm. Determine:
a) A concentração e a pressão inicial de A. Resp. Cao =0,081 mol / L ; P a PaO=2 atm
b) A conversão e a concentração de A em 8 (oito) minutos de reação. Resp. X=0,67; Ca=0,027 mol / L
c) A constante de velocidade de reação. Resp. k=0,14 1/min
d) O tempo de reação para a conversão máxima alcançada. Resp. t=32,9 min
e) O volume do reator para uma produção diária de R de 2000 mol / 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. V=283,1 L

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:
P = C cdot R cdot T
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 CA0 = 0,5 cdot C0 ( PA0 = 0,5 cdot P0 = 1 atm ) 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 PA0 = 0,5 times 4 atm = 2 atm 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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