A reação de decomposição em fase liquida
obedece a seguinte equação de velocidade:
Esta reação é realizada em um reator PFR que é alimentado por uma mistura equimolar do reagente A com um solvente inerte I , sendo
e a vazão de alimentação é de
.
A) Qual o volume deste reator necessário para uma produção de 1.200 mols de T/h?
B) Caso esta reação ocorra em fase gasosa, qual seria a conversão a ser obtida no reator PFR calculado anteriormente, considerando a mesma alimentação?
A) Qual o volume deste reator necessário para uma produção de 1.200 mols de T/h?
B) Caso esta reação ocorra em fase gasosa, qual seria a conversão a ser obtida no reator PFR calculado anteriormente, considerando a mesma alimentação?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo! Temos uma reação de decomposição líquida:
. A velocidade dessa reação é dada por uma equação que envolve constantes de taxa e concentração. O conteúdo que precisamos usar aqui é de cinética química e de reatores químicos, especificamente o reator PFR (Plug Flow Reactor). Vamos precisar aplicar a equação de velocidade fornecida e fazer balanços de massa para encontrar o volume do reator e a conversão na fase gasosa.
Passo 2
Vamos começar com a parte A: Encontrar o volume do reator necessário para produzir 1.200 mols de T por hora.
Primeiro, observamos que a reação produz 2 mols de T para cada mol de A que reage. Então, para produzir 1.200 mol/h de T, precisamos que:
Agora, sabemos que a concentração inicial de A é
e a vazão de alimentação é
. A taxa de reação é dada por:
Onde:
Vamos calcular
:
Agora, usando a equação do reator PFR:
Como estamos assumindo que a concentração de A diminui de forma contínua no reator, mas para simplificação, podemos usar uma média ou considerar que a taxa de reação é aproximadamente constante para pequenas conversões. Neste caso, podemos rearranjar para:
Sabendo que
(a mudança na conversão de A) pode ser relacionada à quantidade de A consumida. Como consumimos 600 mol/h, a conversão (
) é:
Então, substituindo na equação do volume:
Passo 3
Agora, vamos para a parte B: Encontrar a conversão se a reação ocorrer em fase gasosa, mantendo o mesmo volume do reator calculado anteriormente (170,5 L) e a mesma alimentação.
Em fase gasosa, as leis de reação podem mudar, especialmente considerando que volumes dos reagentes e produtos podem influenciar a conversão. No entanto, para simplificação, vamos assumir que a equação de velocidade permanece a mesma, mas precisamos ajustar as concentrações considerando a fase gasosa.
Assumindo que a alimentação continua com
e fluxo
, a taxa de reação agora pode ser influenciada pelo volume do reator.
Usamos novamente a equação do PFR:
Rearranjando para encontrar
:
Substituindo
e
:
Precisamos reavaliar
em fase gasosa. Se a equação de velocidade for a mesma:
Assumindo que a concentração efetiva em fase gasosa permanece aproximadamente
:
Então:
No entanto, isso sugere que a conversão permanece a mesma. Mas, na prática, em fase gasosa, a conversão pode ser diferente devido a expansões de volume ou outras considerações termodinâmicas. Se considerarmos que a reação em fase gasosa dobra o volume (por exemplo, devido a produção de gases), a conversão seria ajustada. Sem mais informações, manteremos a conversão como aproximadamente 80%.
Resposta
A) O volume necessário do reator PFR é aproximadamente 170,5 litros.
B) A conversão obtida no reator PFR em fase gasosa, considerando a mesma alimentação, é aproximadamente 80%.
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fase líquida passa por dois reatores de mistura em série. Na saída do primeiro reator a conversão é de
. Calcular a conversão e a concentração na saída do
reator, sabendo que a reação é de
ordem em relação a
e que
.
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) passa através de um reator CSTR e, em seguida um reator pistonado. Encontre a concentração na saída do reator pistonado, se no reator de mistura perfeita
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