A reação em fase gasosa , que é de primeira ordem em relação a e , deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento uniforme. A produção de C é de com conversão de (PMc ). A vazão volumétrica de entrada é de e a alimentação é equimolar. A temperatura e a pressão são constantes. A velocidade específica de reação nesta temperatura é de min e a energia de ativação é de .
Responda
a) Estime o volume requerido para que um CSTR, que recebe o efluente de um PFR com conversão de , alcance de conversão total, se possível. Se não for possível, qual deverá ser a conversão total e o volume do CSTR? Resp. Vcstr=3,78 L
b) Determine o volume do PFR cuja conversão na saída é de . Resp. Vpfr=1,16 L
c) Se esta reação fosse reversível, qual seria o valor da conversão de equilíbrio e da concentração de A no equilíbrio? Sabe-se que a constante de equilíbrio é . Resp. Ela nunca entraria em equilíbrio porque .

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma reação gasosa que é de primeira ordem em relação a e . Precisamos entender como estimar o volume requerido para um reator contínuo de tanques agitados (CSTR) que recebe o efluente de um reator de fluxo perfeito (PFR) e alcançar uma certa conversão. Vamos usar conceitos de cinética química e modelos de reatores químicos para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é um CSTR e um PFR.
  • CSTR (Reator Contínuo de Tanques Agitados): Nesse tipo de reator, os reagentes entram continuamente e os produtos saem, mantendo a concentração e a temperatura constantes ao longo do tempo.
  • PFR (Reator de Fluxo Perfeito): Aqui, os reagentes fluem através do reator e a reação ocorre de maneira contínua ao longo do comprimento do reator, sem mistura perpendicular ao fluxo.
Sabemos que a velocidade específica de reação ( ) é de .

Passo 3

Agora, vamos focar na parte (a) da questão: estimar o volume necessário para o CSTR que recebe o efluente de um PFR com conversão de para alcançar uma conversão total de .
Primeiro, calculamos a conversão no PFR e no CSTR.
A conversão total ( ) em série de PFR e CSTR pode ser calculada usando a seguinte relação:
Dado que e , substituímos na fórmula:

Passo 4

Resolviendo a equação para :
Isso significa que o CSTR precisa realizar uma conversão de aproximadamente para que a conversão total atinja .

Passo 5

Agora, vamos calcular o volume do CSTR necessário para essa conversão. A equação geral para um CSTR é:
Onde:
  • é o volume do reator
  • é a vazão molar do reagente na entrada
  • é a conversão desejada
  • é a taxa de reação para
Sabemos que a reação é de primeira ordem em relação a , então:
Como a alimentação é equimolar, , então podemos simplificar:

Passo 6

Para prosseguir, precisamos relacionar a conversão com as concentrações. Supondo uma alimentação equimolar e uma pressão e temperatura constantes, podemos usar a relação de conversão para encontrar as concentrações após a reação.
Finalmente, substituindo os valores conhecidos na equação do volume, obtemos:

Resposta

O volume requerido para o CSTR é de .

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a) usando uma única equação dimensional, determine os mols de metanol em da mistura;
b) A vazão de acetato de metila na mistura é de , qual dever ser a vazão da mistura .
Considere um reator batelada com paredes rígidas que processa a reação 3C, em fase gasosa e de maneira isotérmica. A alimentação é formada por 30 mol de A , 20 mol de B e 10 mol de inerte. A reação inicia com pressão de 6 atm e temperatura de 300 K. A cinética da reação está representada na tabela que segue.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
0,01 0,005 0,002 0,001 0,0009 0,0008
Obs: a velocidade de reação está escrita em função do reagente limitante ou base de cálculo.
Calcule:
a) Construa a tabela estequiométrica completa.
b) Número de mols total e concentrações molares de A, B e C para uma conversão de . Resp.
c) O tempo de reação para uma conversão de . Resp. min
d) Pressão do sistema reacional a de conversão. Resp.
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