As reações de primeira ordem abaixo são processadas num reator CSTR isotérmico, sendo B o produto desejado.
Os valores das constantes cinética da reação 1 direta e inversa são e , respectivamente. A constante cinética da reação 2 é igual a . O reator é alimentado somente com reagente A e opera com tempo espacial de 0,10 min.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo! Temos um reator contínuo do tipo CSTR (Reator Contínuo de Mistura Perfeita) que está operando de forma isotérmica, ou seja, a temperatura se mantém constante. O reator está realizando duas reações de primeira ordem envolvendo o reagente A:
  1. Reação 1: A se transforma em B e vice-versa.
    • Taxa direta ( ):
    • Taxa inversa ( ):
  2. Reação 2: A se transforma em C.
    • Taxa ( ):
O reator é alimentado apenas com o reagente A e está operando com um tempo espacial ( ) de . Nosso objetivo aqui é determinar as concentrações dos produtos B e C no reator no estado estacionário.
Para resolver isso, vamos precisar aplicar os conceitos de balanço de massa para reatores CSTR e utilizar as taxas de reação fornecidas.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as reações que estão acontecendo no reator:
  1. A ⇄ B: Essa é uma reação reversível onde A pode se transformar em B e B pode voltar a ser A. As constantes de velocidade s��o para a reação direta e para a reação inversa.
  2. A → C: Essa é uma reação irreversível onde A se transforma diretamente em C, com uma constante de velocidade .
Nosso reator está sendo alimentado apenas com o reagente A, e queremos saber quanto de B e C será formado no reator.

Passo 3

Vamos começar escrevendo o balanço de massa para cada espécie química no reator no estado estacionário (onde as concentrações não mudam mais com o tempo).
Para um reator CSTR, o balanço de massa geral para uma espécie é:
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Como nosso reator está operando em estado estacionário e é isotérmico, podemos simplificar esse balanço.
Suposições:
  • O volume do reator é tal que (fluxo de entrada igual ao de saída).
  • Como o reator é alimentado apenas com A, temos e .
Vamos aplicar isso para cada espécie.

Passo 4

Balanço de Massa para A:
çãçõçõ
As reações que afetam A são:
  • Reação 1 Direta: Consumo de A para formar B ( )
  • Reação 1 Inversa: Formação de A a partir de B ( )
  • Reação 2: Consumo de A para formar C ( )
Portanto, o balanço fica:
Podemos dividir todos os termos por para facilitar:
Balanço de Massa para B:
Balanço de Massa para C:

Passo 5

Agora, vamos substituir e na equação do balanço de A para resolver .
Da equação do balanço de A:
Substituindo :
Vamos simplificar os termos:
Agrupando os termos com :
Agora, isolamos :
Para simplificar, vamos multiplicar numerador e denominador por :
Simplificando ainda mais:
Fatorando no denominador:
Agora, temos em termos de e as constantes de reação.

Resposta

No estado estacionário, as concentrações no reator são:
Ou seja, a concentração de A é da concentração de entrada, B é da concentração de entrada, e C também é da concentração de entrada.

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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 . O CSTR é alimentado com o reagente A puro a uma concentração de vazão molar de .
Sendo D o produto desejado, responda:
O reagente A se decompõe por três reações simultâneas formando três produtos: o produto desejado D e dois subprodutos U e I. As três reações ocorrem em fase gasosa de acordo com as seguintes equações das velocidades:
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Sendo D o produto desejado, responda:
A taxa de produção de aumenta invertendo a ordem dos reatores? Qual seria a concentração de na saída do CSTR?