As reações em fase líquida ocorrem num sistema de reatores constituído de um CSTR seguido de um PFR, ambos de 200 litros. As duas reações são irreversíveis de primeira ordem com k1=k2=0,5 min^-1. O CSTR é alimentado com o reagente A puro a uma concentração de 2,0 gmol / <= vazão molar de 200 gmol / min.
Sendo D o produto desejado, responda:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre um sistema com dois tipos de reatores: um CSTR (Reator Contínuo de Mistura Perfeita) e um PFR (Reator de Fluxo Contínuo). As reações envolvidas são A se transformando em D, e D se transformando em I, ambas de primeira ordem com constantes . O CSTR recebe A puro com concentração e uma vazão molar de . Queremos encontrar a concentração do produto desejado D no sistema.
Para resolver isso, vamos precisar entender:
Equilíbrio de reações em CSTR e PFR: Como as reações ocorrem nesses reatores.
Equações de balanço de massa para determinar as concentrações em cada reator.
Conceitos de reatores em série: Como conectar as saídas de um reator à entrada do outro.
Passo 2
Primeiro, vamos analisar o CSTR. Em um CSTR, a concentração do reagente e dos produtos é uniforme ao longo do reator. A equação de balanço de massa para o reagente A no CSTR é:
Vazão de entrada de A - Vazão de saída de A - Reação de A = 0 ããíçã
Sabemos que a vazão molar de entrada é e a concentração de A é . O volume do CSTR é .
Passo 3
Vamos calcular a vazão de saída do CSTR. Como o CSTR está em regime estacionário (steady-state), a vazão de entrada é igual à vazão de saída, que é rA = k1 cdot CA .
Agora, a taxa de reação dentro do CSTR para a reação Taxa de reação total = rA cdot V = k1 cdot CA cdot V é dada por:
Onde:
é a concentração de A no CSTR.
Como o volume , a taxa de reação total é:
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Passo 4
Aplicando o balanço de massa para A no CSTR:
Vazão de entrada - Vazão de saída - Taxa de reação = 0 ããíçã